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专利号: 2023102174492
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:

1.一种钢轨表面三维几何不平顺处轮轨冲击力的模拟方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、获取钢轨表面三维几何不平顺分布数据;

S2、建立包含任意三维几何不平顺的三维钢轨几何型面;

S3、利用空间几何求解方法获得轮轨接触点和三维非对称接触几何间隙分布,具体步骤包括如下:S31、设包含三维几何不平顺的钢轨沿纵向为光滑的等截面,利用迹线法获得轮对任意姿态情况下的潜在轮轨接触点;

S32、在潜在轮轨接触点处离散车轮和钢轨真实的三维几何型面,利用空间矢量法获得最终的轮轨接触点;

S33、计算轮轨接触点附近的三维接触几何间隙分布h(x,y),计算表达式如下:h(x,y)=zw(x,y)‑zr(x,y),

其中,zw(x,y)和zr(x,y)分别为车轮和钢轨几何型面的三维空间坐标;

S4、建立三维非对称轮轨接触模型并计算轮轨接触解,具体步骤包括如下:S41、将步骤S3中的三维接触几何间隙分布作为输入参数,输入到INFCON和TRIAL模型算法,求得轮轨接触结果的近似解;

S42、建立三维轮轨接触问题的余能表达,以步骤S41求得的结果作为初始解,利用Extended CG模型算法求得准确的轮轨接触解,包括斑形状、压应力分布和总的垂向力,所述余能表达如下所示:其中,Pn为压应力矩阵;h为接触几何间隙矩阵;A为影响因子矩阵;pI为任意单元的压应力,T为矩阵的转置,φ为Pn的余能表达,sub为该余能表达式成立的条件;

S5、建立车辆‑轨道耦合动力学模型,求解钢轨三维表面几何不平顺处轮轨冲击力。

2.根据权利要求1所述的钢轨表面三维几何不平顺处轮轨冲击力的模拟方法,其特征在于:步骤S1中,所述获取钢轨表面三维几何不平顺分布数据具体是:采用复合式三维扫描仪对钢轨表面进行扫描获取其三维几何不平顺分布数据。

3.根据权利要求1所述的钢轨表面三维几何不平顺处轮轨冲击力的模拟方法,其特征在于:所述步骤S2具体包括:S21、将钢轨所在的坐标系统Oxyz转化为表面三维几何不平顺所在的切平面坐标系统Ox’y’z’,转化公式如下:其中,α和β分别表示接触点处的接触角和轨底坡;

S22、在Ox’y’z’坐标系统中施加实测或理想钢轨表面三维几何不平顺,将在Ox’y’z’系统中新获取的型面几何转化回原始坐标系Oxyz,得到包含任意三维几何不平顺的三维钢轨几何型面,转化公式如下:

4.根据权利要求1所述的钢轨表面三维几何不平顺处轮轨冲击力的模拟方法,其特征在于:所述步骤S5具体包括:S51、建立车辆‑轨道耦合动力学模型,车辆模型中包括车体、构架、轮对和悬挂装置,轨道模型中包括钢轨、扣件系统和道床;车体和构架为刚体,悬挂装置和扣件系统采用弹簧‑阻尼单元模拟;

S52、将步骤S4中得到的轮轨接触解带入车辆‑轨道耦合动力学模型,求解每一车辆运行时刻钢轨表面三维几何不平顺处准确的轮轨冲击力。

5.一种钢轨表面三维几何不平顺处轮轨冲击力的模拟装置,其特征在于:所述装置包括:数据获取模块(110):获取钢轨表面三维几何不平顺分布数据;

三维钢轨几何型面建立模块(120):建立包含任意三维几何不平顺的三维钢轨几何型面;

三维接触几何间隙分布计算模块(130):利用空间几何求解方法获得轮轨接触点和三维非对称接触几何间隙分布,具体步骤包括如下:设包含三维几何不平顺的钢轨沿纵向为光滑的等截面,利用迹线法获得轮对任意姿态情况下的潜在轮轨接触点;

在潜在轮轨接触点处离散车轮和钢轨真实的三维几何型面,利用空间矢量法获得最终的轮轨接触点;

计算轮轨接触点附近的三维接触几何间隙分布h(x,y),计算表达式如下:h(x,y)=zw(x,y)‑zr(x,y),

其中,zw(x,y)和zr(x,y)分别为车轮和钢轨几何型面的三维空间坐标;

轮轨接触解计算模块(140):建立三维非对称轮轨接触模型并计算轮轨接触解,具体步骤包括如下:将三维接触几何间隙分布作为输入参数,输入到INFCON和TRIAL模型算法,求得轮轨接触结果的近似解;

建立三维轮轨接触问题的余能表达,以求得的近似解作为初始解,利用Extended CG模型算法求得准确的轮轨接触解,包括斑形状、压应力分布和总的垂向力,所述余能表达如下所示:其中,Pn为压应力矩阵;h为接触几何间隙矩阵;A为影响因子矩阵;pI为任意单元的压应力,T为矩阵的转置,φ为Pn的余能表达,sub为该余能表达式成立的条件;

轮轨冲击力求解模块(150):建立车辆‑轨道耦合动力学模型,求解钢轨三维表面几何不平顺处轮轨冲击力。

6.一种电子设备,其特征在于:所述电子设备包括:处理器(210);和存储器(220),用于存储一个或多个程序;

当所述一个或多个程序被处理器(210)执行时,使得所述处理器执行如权利要求1‑4中任一项所述的模拟方法。

7.一种计算机可读存储介质,其特征在于:其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器(210)执行时实现如权利要求1‑4中任一项所述的模拟方法。