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专利号: 2019107760272
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种列车运行安全评价方法,其特征在于,所述方法包括:

获取附加不平顺参数,其中,所述附加不平顺参数包括桥梁附加变形参数和层间联结失效参数;

将所述附加不平顺参数输入至预先构建的桥梁-轨道变形模型中,以获取轨面附加不平顺;

根据所述轨面附加不平顺计算所述列车的运行指标,其中,所述运行指标包括安全指标和舒适指标,所述安全指标至少包括:轮轨垂向力、轮轨横向力、轮重减载率及脱轨系数,所述舒适指标至少包括:车体竖向振动加速度和车体横向振动加速度;

将所述运行指标与预先设定的运行指标阈值进行比较,以对所述列车的运行安全进行评价,其中,所述运行指标阈值包括与所述安全指标对应的安全指标阈值以及与所述舒适指标对应的舒适指标阈值;

所述根据所述轨面附加不平顺计算所述列车的运行指标的步骤包括:

将所述轨面附加不平顺输入至预先构建好的列车-轨道-桥梁耦合动力模型中;

根据所述列车-轨道-桥梁耦合动力模型计算所述列车的运行指标;

所述方法还包括:

设定所述层间联结失效参数,向所述桥梁-轨道变形映射模型中输入不同的所述桥梁附加变形参数,以获取所述桥梁附加变形参数相对应的不同所述轨面附加不平顺;

在设定的列车车速下,将不同的所述轨面附加不平顺输入至预先构建的列车-轨道-桥梁耦合动力模型中,以计算得到不同的所述轨面附加不平顺相对应的所述列车的运行指标;

将不同的所述轨面附加不平顺相对应的所述列车的运行指标与所述运行指标阈值进行比较;

如果其中一个所述轨面附加不平顺相对应的所述列车的运行指标超过所述运行指标阈值,则所述轨面附加不平顺对应的桥梁附加变形参数为当前设定的所述层间联结失效参数下的桥梁附加变形的阈值。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,将所述运行指标与预先设定的运行指标阈值进行比较,以对所述列车的运行安全进行评价的步骤包括:将所述安全指标和所述舒适指标分别与对应的所述安全指标阈值和所述舒适指标阈值进行比较;

如果所述安全指标和所述舒适指标都没有超过对应的所述安全指标阈值和所述舒适指标阈值时,则评价所述列车运行安全;

如果任一所述安全指标和所述舒适指标超过了对应的所述安全指标阈值和所述舒适指标阈值时,则评价所述列车运行不安全。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述桥梁-轨道变形映射模型的构建步骤包括:获取待构建桥梁的层间结构图和梁体竖向位移矩阵,基于所述层间结构图建立梁体及轨道层间结构的整体直角坐标系,其中,所述整体直角坐标系包括梁体、底座板、轨道板、钢轨的整体直角坐标系;

基于所述整体直角坐标系,建立所述待构建桥梁的竖向位移矩阵和层间作用力矩阵,其中,所述竖向位移矩阵包括:底座板竖向位移矩阵、轨道板竖向位移矩阵和钢轨竖向位移矩阵,所述层间作用力矩阵包括:接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵和扣件力矩阵;

结合所述梁体竖向位移矩阵、所述竖向位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成所述桥梁—轨道变形模型。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,结合所述梁体竖向位移矩阵、所述竖向位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成所述桥梁—轨道变形模型的步骤包括:根据所述梁体竖向位移矩阵、所述竖向位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成待构建桥梁的桥梁附加变形映射至轨面的竖向变形映射通用模型矩阵;

利用所述竖向变形映射通用模型矩阵求解所述竖向位移矩阵;

根据求解出的所述竖向位移矩阵计算刚度矩阵,其中,所述刚度矩阵包括接触弹簧力刚度矩阵、砂浆弹簧力刚度矩阵和扣件力刚度矩阵;

根据求解出的所述竖向位移矩阵和所述刚度矩阵,得出所述层间作用力矩阵;

基于得出的所述层间作用力矩阵和求解出的所述竖向位移矩阵构建所述桥梁—轨道变形模型。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述底座板竖向位移矩阵表示为:Vp=A1Pca+A2Pc+BGr+B1Gs+B2Gp;所述轨道板竖向位移矩阵表示为:Vs=CPf+C1Pca+C2Pc+DGr+D1Gs+D2Gp;

所述钢轨竖向位移矩阵表示为:Vr=H·Pf+H1·Pca+H2·Pc+I·Gr+I1·Gs+I2·Gp所述接触弹簧力矩阵表示为:Pc=Kc(Vp-Vb);所述砂浆弹簧力矩阵表示为:Pca=Kca(Vs-Vp-h);所述扣件力矩阵表示为:Pf=KfVr-KfVs;

根据所述梁体竖向位移矩阵、所述竖向位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成待构建桥梁的桥梁附加变形映射至轨面的竖向变形映射通用模型矩阵的步骤包括:联立所述梁体竖向位移矩阵,以及所述底座板竖向位移矩阵、所述轨道板竖向位移矩阵、所述钢轨竖向位移矩阵、所述接触弹簧力矩阵、所述砂浆弹簧力矩阵和所述扣件力矩阵生成所述竖向变形映射通用模型矩阵;

其中,所述梁体竖向位移矩阵表示为:Vb=Ld1+Zd2;

所述竖向变形映射通用模型矩阵表示为:

其中,E为单位矩阵;Vp、Vs、Vr、Vb分别表示为所述底座板竖向位移矩阵、所述轨道板竖向位移矩阵、所述钢轨竖向位移矩阵、所述梁体竖向位移矩阵;A1、A2为分别表示为砂浆弹簧力、接触弹簧力对底座板竖向变形的影响矩阵;B、B1、B2分别表示为钢轨自重、轨道板自重、底座板自重对底座板竖向变形的影响矩阵;Gp、Gs、Gr分别表示为底座板重力矩阵、轨道板重力矩阵、钢轨重力矩阵;C、C1、C2分别表示为扣件力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对轨道板竖向变形的影响矩阵;Pf、Pc、Pca分别为扣件力矩阵、接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵;Kf、Kc、Kca分别表示为所述扣件力刚度矩阵、所述接触弹簧力刚度矩阵、所述砂浆弹簧力刚度矩阵;D、D1、D2分别表示为钢轨自重、轨道板自重、底座板自重对轨道板竖向变形的影响矩阵;H、H1、H2分别表示为扣件力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对钢轨竖向变形的影响矩阵;I、I1、I2分别表示为钢轨自重、轨道板自重、底座板自重对钢轨竖向变形的影响矩阵;L和Z分别表示为左侧和右侧支座位移对桥梁位移的影响矩阵,d1和d2分别表示为接触弹簧所在桥梁的左侧和右侧支座处桥梁梁体位移矩阵;h表示初始距离。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

计算所述待构建桥梁的每个扣件处的底座板的变形值;

根据每个所述底座板的变形值建立所述底座板竖向位移矩阵;

所述方法还包括:

计算所述待构建桥梁的每个扣件处的轨道板的变形值;

根据每个所述底座板的变形值建立所述轨道板竖向位移矩阵;

所述方法还包括:

计算所述待构建桥梁的每个扣件处的钢轨的变形值;

根据每个所述钢轨的变形值建立所述钢轨竖向位移矩阵。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述列车-轨道-桥梁耦合动力模型包括:列车模型、钢轨模型和桥梁模型;

所述列车-轨道-桥梁耦合动力模型为所述列车模型、所述钢轨模型和所述桥梁模型根据列车和钢轨之间和钢轨和桥梁之间分别通过轮轨相互作用及桥轨相互作用形成的;

其中,所述轮轨相互作用及所述桥轨相互作用分别为:

基于法向上的Hertz非线性弹性接触理论和切向上的Kalker非线性简化理论-FASTSIM算法实现所述列车模型和所述钢轨模型之间的轮轨相互作用;

在所述桥梁模型和所述钢轨模型之间增加预先设定的扣件弹簧,以实现所述桥轨相互作用。

8.一种列车运行安全评价装置,其特征在于,所述装置包括:

获取模块,用于获取附加不平顺参数,其中,所述附加不平顺参数包括桥梁附加变形参数和层间联结失效参数;

输入模块,用于将所述附加不平顺参数输入至预先构建的桥梁-轨道变形映射模型中,以获取轨面附加不平顺;

计算模块,用于根据所述轨面附加不平顺计算所述列车的运行指标,其中,所述运行指标包括安全指标和舒适指标,所述安全指标至少包括:轮轨垂向力、轮轨横向力、轮重减载率及脱轨系数,所述舒适指标至少包括:车体竖向振动加速度和车体横向振动加速度;

评价模块,用于将所述运行指标与预先设定的运行指标阈值进行比较,以对所述列车的运行安全进行评价,其中,所述运行指标阈值包括与所述安全指标对应的安全指标阈值以及与所述舒适指标对应的舒适指标阈值;

所述计算模块还用于,将所述轨面附加不平顺输入至预先构建好的列车-轨道-桥梁耦合动力模型中;

根据所述列车-轨道-桥梁耦合动力模型计算所述列车的运行指标;

所述装置还包括:设定所述层间联结失效参数,向所述桥梁-轨道变形映射模型中输入不同的所述桥梁附加变形参数,以获取所述桥梁附加变形参数相对应的不同所述轨面附加不平顺;

在设定的列车车速下,将不同的所述轨面附加不平顺输入至预先构建的列车-轨道-桥梁耦合动力模型中,以计算得到不同的所述轨面附加不平顺相对应的所述列车的运行指标;

将不同的所述轨面附加不平顺相对应的所述列车的运行指标与所述运行指标阈值进行比较;

如果其中一个所述轨面附加不平顺相对应的所述列车的运行指标超过所述运行指标阈值,则所述轨面附加不平顺对应的桥梁附加变形参数为当前设定的所述层间联结失效参数下的桥梁附加变形的阈值。