軌道車輛與隧道耦合振動(dòng)數(shù)值模擬方法及應(yīng)用.pdf

1、中國城市軌道交通的發(fā)展進(jìn)入了快速發(fā)展期，大量的軌道車輛穿越地下隧道，使得軌道車輛與隧道的動(dòng)力相互作用問題越來越受到人們的重視。一方面，高速運(yùn)行的車輛對其通過的隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力沖擊作用，可能使隧道襯砌等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞，降低其強(qiáng)度和穩(wěn)定性；另一方面，車－隧耦合產(chǎn)生的振動(dòng)又對軌道車輛的平穩(wěn)性和安全性產(chǎn)生影響。因此，對軌道車輛與隧道進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析，掌握其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是十分必要的。本文基于三維非線性建模及并行計(jì)算技術(shù)，對軌道車輛與隧道動(dòng)態(tài)耦合振動(dòng)

2、進(jìn)行數(shù)值模擬研究。本文的主要研究內(nèi)容包括：
　　研究車－隧動(dòng)態(tài)耦合振動(dòng)數(shù)值模擬的基本理論?？紤]到大型隧道結(jié)構(gòu)的幾何非線性和車－隧之間的動(dòng)力相互作用關(guān)系，從數(shù)值分析的理論角度出發(fā)，研究了幾何非線性分析的計(jì)算方法以及動(dòng)態(tài)接觸的計(jì)算理論，為車－隧耦合振動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的求解提供理論依據(jù)。在對幾何非線性有限元方程求解時(shí)，采用顯式中心差分算法；采用基于段的接觸搜索方式，以及對稱罰函數(shù)方法處理各種接觸關(guān)系；結(jié)合上海超級計(jì)算中心曙光5000A計(jì)算機(jī)的

3、體系結(jié)構(gòu)和軌道車輛運(yùn)行的特點(diǎn)，采用區(qū)域分解方法，運(yùn)用并行計(jì)算理論進(jìn)行分區(qū)計(jì)算。
　　研究大型隧道結(jié)構(gòu)與軌道車輛耦合的全三維非線性精細(xì)有限元模型的建模方法。基于擬實(shí)建模技術(shù)，充分考慮隧道的實(shí)際結(jié)構(gòu)特征，建立了包含襯砌、聯(lián)絡(luò)通道、變形縫、隧道內(nèi)部車道板、牛腿，和軌道整體道床等隧道結(jié)構(gòu)。土體采用彈塑性 D-P材料模擬，根據(jù)真實(shí)的地質(zhì)資料進(jìn)行了分層，并且考慮了外水壓的影響。車輛模型包含輪對、轉(zhuǎn)向架、二級懸架結(jié)構(gòu)和車體。輪－軌、軌道－隧道、

4、隧道－土體等之間的相互作用通過基于罰函數(shù)的耦合方式加以實(shí)現(xiàn)。
　　研究初始工況，即在重力和水頭壓力共同作用下的主體隧道以及聯(lián)絡(luò)通道的變形和應(yīng)力分析。模擬了隧道在非運(yùn)營狀態(tài)下的初始形態(tài)，并分析其影響因素，包括埋深、水壓、軸線走向以及聯(lián)絡(luò)通道的存在等。另外初始工況的研究也為其他工況提供了初始條件。
　　研究無初始應(yīng)力的耦合振動(dòng)，分析在軌道車輛行駛過程中，由軌道移動(dòng)載荷、軌道不平度以及公路車流載荷導(dǎo)致的隧道結(jié)構(gòu)與軌道車輛耦合振動(dòng)的