列車與軌道動(dòng)力相互作用的另一種解法詳細(xì)資料說明

　　列車-軌道相互作用（TTI）是鐵路工程中的一個(gè)經(jīng)典研究課題，主要由列車模型、軌道模型和輪軌相互作用三部分組成。為了提高計(jì)算精度，拓寬應(yīng)用范圍，介紹了一種基于商業(yè)軟件ANSYS二次開發(fā)技術(shù)，利用APDL語言研究TTI的替代計(jì)算方法。首先簡(jiǎn)要介紹了列車與軌道的相互作用理論。在此基礎(chǔ)上，充分考慮非線性輪軌相互作用，在ANSYS計(jì)算平臺(tái)上編程實(shí)現(xiàn)了TTI。該計(jì)算方法以多體動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的顯式積分法求解列車模型，并用APDL語言編程到ANSYS中，對(duì)軌道部分進(jìn)行有限元模擬。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了該計(jì)算方法的有效性。最后，利用該方法進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明，該方法是有效的，能夠?qū)TI進(jìn)行研究。利用該方法可以對(duì)不同的復(fù)雜軌道系統(tǒng)進(jìn)行精確仿真。此外，該方法還可用于車-橋相互作用和車-軌-橋相互作用的研究。

　　列車-軌道相互作用（TTI）一直是傳統(tǒng)的研究課題〔1〕，近年來，隨著高速鐵路和地鐵系統(tǒng)的發(fā)展，這一課題越來越受到重視。早期的研究一般不將列車系統(tǒng)和軌道系統(tǒng)耦合在一起，分別研究列車和軌道的動(dòng)力響應(yīng)［2–5］，實(shí)際運(yùn)行中的列車會(huì)引起軌道振動(dòng)，進(jìn)而加劇列車的振動(dòng)。因此，列車系統(tǒng)與軌道系統(tǒng)本質(zhì)上是由輪軌相互作用關(guān)系構(gòu)成的一個(gè)完整的動(dòng)力系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，建立并驗(yàn)證了近年來鐵路工程中廣泛采用的各種車軌耦合模型〔6–8〕，到目前為止，車軌耦合理論已經(jīng)比較成熟和完善，而TTI的關(guān)鍵問題是使計(jì)算更加有效和準(zhǔn)確。到目前為止，人們提出了各種計(jì)算方法來研究TTI。方法A：在不同的編譯平臺(tái)上，采用FORTRAN、MATLAB、C等語言編寫TTI動(dòng)態(tài)方程，然后用數(shù)值積分法求解。，是最常用的方法。該方法通?；诙囿w動(dòng)力學(xué)［9］建立列車系統(tǒng)，軌道一般簡(jiǎn)化為歐拉梁［10］或Timoshenko梁［11］并用Ritz法［12］或模態(tài)疊加法［10］求解，計(jì)算效率高，且計(jì)算速度快計(jì)算精度足以滿足工程要求［8-10］，但這種方法的缺點(diǎn)是列車和軌道應(yīng)是正常的、常用的。在高速鐵路和地鐵系統(tǒng)中采用各種列車和軌道的同時(shí)，對(duì)于每一種新的結(jié)構(gòu)形式，都需要重新編寫動(dòng)力學(xué)方程和程序，這需要大量的費(fèi)用。此外，這種計(jì)算方法很難考慮列車軌道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、非線性材料特性和損傷特性。