1.一种分析高速铁路无砟轨道车轨耦合振动的移动单元方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将列车‑轨道系统分为车辆子系统和无砟轨道子系统，采用多体动力学模型建立车辆子系统；将无砟轨道分成钢轨、轨道板和混凝土基础三部分，按三层Timoshenko梁离散化，建立无砟轨道的三层梁模型动力学方程；建立车辆动力学方程；建立采用Hertz非线性接触模型的轮轨接触力方程；

S2：定义移动坐标系r，应用链式求导法则，用移动坐标r代替固定坐标x，改写步骤S1得到的三层梁模型动力学方程，得到移动坐标下的三层梁模型动力学方程：建立由三层梁单元组成的6节点、12自由度的无砟轨道移动单元，并定义移动坐标系下的单元插值函数；采用Galerkin方法，分别对三层梁模型动力学方程乘以加权函数W，然后按单元长度l进行积分，对积分结果整理后，得到移动单元各层梁的单元质量矩阵、单元阻尼矩阵和单元刚度矩阵，将移动单元各层梁的单元质量矩阵叠加得到截取计算无砟轨道的总质量矩阵ML，将移动单元各层梁的单元阻尼矩阵叠加得到截取计算无砟轨道的总阻尼矩阵CL，将移动单元各层梁的单元刚度矩阵叠加得到截取计算无砟轨道的总刚度矩阵KL；由截取无砟轨道计算段的总质量矩阵ML，总阻尼矩阵CL和总刚度矩阵KL，得到无砟轨道动力学方程；

S3：基于步骤S2中得到的无砟轨道动力学方程与步骤S1得到的车辆的动力学方程，引入步骤S1得到的轮轨接触力方程，得到车轨非线性耦合系统方程，对车轨非线性耦合系统方程进行解析推导，得到铁轨竖向位移的表达式，通过铁轨竖向位移的表达式和力与变形的关系推导出轮轨接触力的表达式；

所述S1中，建立车辆动力学方程的过程为：车辆模型具有两个转向架和四个轮对；

建立车辆主体的力的动力学平衡方程如公式(7)所示，车辆主体的力矩的动力学平衡方程如公式(8)所示:

建立车辆第一个转向架的力的动力学平衡方程如公式(9)所示，车辆第一个转向架的力矩的动力学平衡方程如公式(10)所示，车辆第二个转向架的力的动力学平衡方程如公式(11)所示，车辆第二个转向架的力矩的动力学平衡方程如公式(12)所示，建立四组轮对的力的动力学平衡方程如公式(13)至公式(16)所示:其中，车辆的集中质量为mv，车辆的惯性矩为Jv；车辆的两个转向架具有相同的集中质量mbg和惯性矩Jb；yv表示车辆质心的垂直位移；ybr表示后转向架的垂直位移；ybf表示前转向架的垂直位移；ywj表示第j对轮对的垂直位移；θv表示车辆质心的俯仰转角；θbr表示后转向架的俯仰转角；θbf表示前转向架质心处的俯仰转角；kp，cp分别表示一次悬架系统的刚度系数和阻尼系数；ks，cs分别表示二次悬架系统的刚度系数和阻尼系数；2l1表示两个转向架中心之间的距离；2l2表示两个轮对中心之间的距离；g为重力加速度；mw1为第1对轮对的集中质量；mw2为第2对轮对的集中质量；mw3为第3对轮对的集中质量；mw4为第4对轮对的集中质量；F1为第1对轮对与轨道之间接触点的赫兹法向接触力；F2为第2对轮对与轨道之间接触点的赫兹法向接触力；F3为第3对轮对与轨道之间接触点的赫兹法向接触力；F4为第4对轮对与轨道之间接触点的赫兹法向接触力；

由式(7)‑(16)，将车辆的集中质量mv、转向架的集中质量mbg、轮对的集中质量mw组合得到车辆的总质量矩阵MU，将一次悬架系统的阻尼系数cp、二次悬架系统的阻尼系数cs组合得到车辆的总阻尼矩阵CU，将一次悬架系统的刚度系数kp、二次悬架系统的刚度系数ks组合得到车辆的总刚度矩阵KU，进而得到车辆的动力学方程如公式(17)所示：其中，ZU表示车辆的位移矢量，FU表示车辆的力矢量。

2.根据权利要求1所述的一种分析高速铁路无砟轨道车轨耦合振动的移动单元方法，其特征在于，所述步骤S1中，建立无砟轨道的三层梁模型动力学方程的过程为：

1)取钢轨微段为隔离体，采用d′Alembert′s原理，建立钢轨微段的竖向力动力学平衡微分方程如公式(1)所示，建立钢轨微段的力矩动力学平衡微分方程如公式(2)所示：其中，ρa表示钢轨密度，Aa表示钢轨截面面积，x表示水平坐标，t表示时间，ka表示钢轨Timoshenko系数，Ga表示钢轨剪切模量， 表示轨道的弯曲转角，c1表示支撑钢轨的等距离散垫块的阻尼系数；Ls表示沿轨道相邻的两个垫块之间的间距，n表示所取钢轨微端中离散垫块总数，k1表示支撑钢轨的等距离散垫块的刚度系数；ya表示钢轨梁的垂直位移，m表示所取钢轨微端中轮对总数；Fj表示第j对轮对中的车轮与轨道之间的接触力，Xj表示x轴上第j对轮对的行进距离，δ(·)表示狄拉克函数，Ia表示钢轨面积惯性矩，Ea表示钢轨弹性模量，i表示第i个离散垫块；j表示第j对轮对；

2)取轨道板为隔离体，建立轨道板微段的竖向力动力学平衡微分方程如公式(3)所示，建立轨道板微段的力矩动力学平衡微分方程如公式(4)所示：其中，ρb表示轨道板密度，Ab表示轨道板截面面积，Ib表示轨道板面积惯性矩，Eb表示轨道板弹性模量，Gb表示轨道板剪切模量，kb表示轨道板Timoshenko系数，yb表示轨道板的垂直位移，c2表示支撑轨道板的CA砂浆的阻尼系数；k2表示支撑轨道板的CA砂浆的阻尼系数；

3)取混凝土基础为隔离体，建立混凝土基础微段的竖向力动力学平衡微分方程如公式(5)所示，混凝土基础微段的力矩动力学平衡微分方程如公式(6)所示：其中，ρc表示混凝土基础密度，Ac表示混凝土基础截面面积，Ic表示混凝土基础面积惯性矩，Ec表示混凝土基础轨道弹性模量，Gc表示混凝土基础剪切模量，kc表示混凝土基础Timoshenko系数，yc表示混凝土基础的垂直位移，c3表示支撑混凝土基础的路基的阻尼系数；k3表示支撑混凝土基础的路基的刚度系数；

公式(1)‑(6)即为无砟轨道的离散化动力学方程。

3.根据权利要求2所述的一种分析高速铁路无砟轨道车轨耦合振动的移动单元方法，其特征在于，所述步骤S2中，改写步骤S1得到的三层梁模型动力学方程的过程如下：定义移动坐标r：r＝x‑Vt        (19)其中，x轴为固定坐标，r轴为随车辆的移动坐标，V为车辆速度，对公式(19)应用链式法则，用移动坐标r代替固定坐标x，带入S1步骤中的式(1)～(6)，将原方程改写为式(20)～式(25)：

其中，Rj表示r轴上第j对轮对的行进距离；

式(20)～(25)为改写后的三层梁模型动力学方程。

4.根据权利要求1所述的一种分析高速铁路无砟轨道车轨耦合振动的移动单元方法，其特征在于，所述步骤S1中，建立轮轨接触力方程的过程如下：采用Hertz非线性接触模型，计算轮轨之间的法向接触力，轮轨接触力方程如下：式中，Fj表示在第j轮对与轨道之间接触点的赫兹法向接触力，G表示轮轨接触系数，yaj表示轨道在接触点处的位移，yt表示轨道表面不平顺程度，ywj表示在第j轮对与轨道接触时车轮的位移。

5.根据权利要求1所述的一种分析高速铁路无砟轨道车轨耦合振动的移动单元方法，其特征在于，所述步骤S2中，得到的无砟轨道动力学方程为： ZL表示轨道的位移矢量；FL表示轨道的力矢量。

6.根据权利要求5所述的一种分析高速铁路无砟轨道车轨耦合振动的移动单元方法，其特征在于，所述步骤S3中，得到车轨非线性耦合系统方程的过程如下：

1)首先将步骤S1得到的车辆动力学方程与步骤S2改写后的得到的无砟轨道动力学方程组装，得到公式(50)：

式中，MU表示车辆的总质量矩阵，ML表示截取无砟轨道计算段的总质量矩阵，ZU表示车辆位移的矢量，ZL表示轨道位移的矢量，CU表示车辆的总阻尼矩阵，CL表示轨道的总阻尼矩阵；KU表示车辆的总刚度矩阵，KL表示截取无砟轨道计算段的总刚度矩阵，FU表示车辆的力的矢量，FL表示轨道的力的矢量；

求解公式(50)得到一个不显含Fj的非线性方程组，即车轨非线性耦合系统方程，如公式(51)所示：

式中，f1～fn表示式(51)中的各个方程，c1～cn表示常数项。

7.根据权利要求6所述的一种分析高速铁路无砟轨道车轨耦合振动的移动单元方法，其特征在于，所述步骤S3中，利用Matlab使用Newton‑Raphson迭代方法和Newmark积分法来对车轨非线性耦合系统方程进行解析推导，在每一个时间步内，采用Newton‑Raphson迭代方法进行线性化，并采用Newmark积分法求解车轨非线性耦合系统方程，达到收敛容差后，再进入下一个时间步求解；完成解析推导后，得到铁轨竖向位移的表达式和接触力的表达式。