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专利号: 2021100394677
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:

1.一种高铁无砟轨道基床表层渗蚀有限元‑离散元耦合评估方法,其特征在于,所述高铁无砟轨道基床表层渗蚀有限元‑离散元耦合评估方法包括:通过COMSOL创建车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型,通过YADE软件创建基床表层离散元模型;

运行JAVA接口建立TCP连接python和COMSOL,YADE软件通过读取python脚本建立和修改基床表层离散元模型;

获取车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型的初始水力梯度;

将初始水力梯度导入基床表层离散元模型作为边界条件,计算所述基床表层离散元模型的第n‑1步孔隙率以及基床表层离散元模型的形变,其中,第n‑1步为第n次迭代的前一次,n为COMSOL和YADE软件之间传输数据进行计算的次数;且n为大于2的自然数;

读取第n‑1步孔隙率以及所述基床表层离散元模型的外轮廓的几何尺寸;

统计YADE软件中基床表层离散元模型的脱空面积S1,YADE软件将所述第n‑1步孔隙率以及所述基床表层离散元模型的外轮廓的几何尺寸发送至COMSOL,COMSOL依据第n‑1步孔隙率以及所述基床表层离散元模型的外轮廓的几何尺寸,通过N=S1/S2确定脱空率N,其中,S2为基床表层离散元模型的基床表层上表面面积;

根据脱空率N,调整接触功能中增广拉格朗日算法的惩罚因子;

根据上述n‑1步孔隙率,COMSOL中按照输入的Kozenv‑Garman公式计算车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型模型的渗透参数;

根据输入的Biot饱和土体u‑P动力流固耦合方程,求得更新的第n步孔隙水压力和水力梯度,其中,u为土体颗粒位移,P为孔隙水压力,其中,所述渗透参数与所述Biot饱和土体u‑P动力流固耦合方程关联;

将第n步水力梯度通过JAVA接口传递至python脚本,YADE软件读取python脚本,调整水力梯度计算n+1步孔隙率以及基床表层离散元模型的形变,由此完成一个数据相互迭代传输循环计算过程;

确定车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型的轨道路基的宏观响应参数;

将所述宏观响应参数与规范限值进行比较;

若宏观响应参数中的任意之一未超出规范限值,则判定对应的孔隙率变化量暂小于阈值,继续执行上述数据相互迭代传输循环计算过程,其中,所述车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型包括车体、轨道、底座板、基床表层和基床底层,所述宏观响应参数包括轨道路基的应力、位移以及加速度;

若宏观响应参数中的任意之一已超出规范限值,则判定基床表层细颗粒孔隙率变化量大于阈值,危及上部结构,停止计算,输出结果,获得基床表层细颗粒损失动态全过程。

2.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道基床表层渗蚀有限元‑离散元耦合评估方法,其特征在于,所述通过COMSOL创建车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型,通过YADE软件创建基床表层离散元模型的步骤,包括:通过COMSOL创建车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型;

获取车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型的初始孔隙率;

基于初始孔隙率以及车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型中基床表层几何尺寸,建立YADE软件基床表层离散元模型。

3.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道基床表层渗蚀有限元‑离散元耦合评估方法,其特征在于,所述车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型包括车体、轨道、底座板、基床表层和基床底层;

基床表层的尺寸包括基床表层厚度、长度以及宽度;

所述基床表层离散元模型的尺寸与车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型中基床表层尺寸相同,基床表层离散元模型的初始状态的孔隙率与初始孔隙率相同;

所述车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型、基床表层离散元模型求解过程具有相同的迭代步数。

4.根据权利要求3所述的高铁无砟轨道基床表层渗蚀有限元‑离散元耦合评估方法,其特征在于,所述车辆‑无砟轨道‑饱和路基系统动力有限元模型车体采用刚体,轨道、底座板、基床底层采用弹性介质,基床表层采用饱和两相介质。