本技術涉及車岔系統(tǒng)動力學研究，具體涉及一種車岔系統(tǒng)組合廓形動態(tài)重組更新方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、道岔是鐵路線路的交叉點，是實現(xiàn)高速列車轉(zhuǎn)線或跨線運行必不可少的軌道設備，因其應用數(shù)量繁多、構造復雜、狀態(tài)多變、病害繁多，是高速鐵路線路的薄弱環(huán)節(jié)及養(yǎng)護維修的重點和難點，也被視為除高速車輛、列車控制系統(tǒng)以外的高速鐵路核心技術之一。另外，為實現(xiàn)高速列車跨線運行，道岔尖軌和心軌為部分無扣件扣壓的長大構件，基本軌和翼軌則通過扣件進行扣壓，兩者之間通過轉(zhuǎn)換鎖閉裝置相互貼靠形成整體組合廓形。

2、在車輪荷載的作用下，受道岔鋼軌間抗彎剛度、約束和軌下支撐條件差異的影響，尖軌和基本軌、心軌和翼軌間存在顯著的動態(tài)位移差，導致尖軌和基本軌、心軌和翼軌的組合廓形動態(tài)重組，輪軌接觸點空間位置在輪載過渡范圍內(nèi)發(fā)生變化，致使輪軌接觸關系改變并加劇了輪軌動態(tài)相互作用，較大的輪軌動力相互作用是導致鋼軌發(fā)生傷損病害的主要原因，例如滾動接觸疲勞、磨耗、塑性累計變形等，使得道岔區(qū)的養(yǎng)護維修工作量進一步加大，約占鐵路總養(yǎng)護維修工作量的1/3到1/2。

3、因此，亟需根據(jù)實際的軌道結構服役環(huán)境，完善高速道岔輪軌接觸理論及車輛軌道系統(tǒng)動力學理論。

4、現(xiàn)有車岔系統(tǒng)（全稱為車輛-道岔耦合系統(tǒng)）動力學研究方法存在以下缺陷：

5、(1)忽略可動軌件與固定軌件的軌下支撐條件差異，將兩者視為一個軌件進行考慮，導致計算所得輪載過渡范圍偏小；

6、(2)僅能研究輪載在尖軌和基本軌上的轉(zhuǎn)移和分配規(guī)律，忽略了尖基軌相對運動對于宏觀輪軌垂向力的影響；

7、(3)對組合軌件動態(tài)重構的研究局限于單一輪對，不能反映其對整車四個輪對的影響；

8、(4)對組合廓形動態(tài)重組的研究局限于轉(zhuǎn)轍器部件，缺乏對轍叉部件心軌與翼軌間的相對運動的研究；

9、(5)計算成本過高。

技術實現(xiàn)思路

1、本技術提供一種車岔系統(tǒng)組合廓形動態(tài)重組更新方法，可以解決現(xiàn)有技術中存在的高速道岔輪軌接觸理論及車輛軌道系統(tǒng)動力學理論研究中沒有考慮實際的軌道結構服役環(huán)境的技術問題。

2、第一方面，本技術提供了一種車岔系統(tǒng)組合廓形動態(tài)重組更新方法，包括以下步驟：

3、建立考慮組合廓形動態(tài)重組和軌件間非線性相互作用的柔性道岔模型；

4、建立車輛-道岔剛?cè)狁詈蟿恿W計算系統(tǒng)，包括剛性車輛模型、柔性道岔模型和輪軌接觸模塊；

5、通過輪軌接觸模塊耦合剛性車輛模型和柔性道岔模型，建立車輛-道岔剛?cè)狁詈蟿恿W模型，對車輛-道岔剛?cè)狁詈蟿恿W模型進行鋼軌廓形動態(tài)重組更新和車岔系統(tǒng)動力學求解。

6、結合第一方面，在一種實施方式中，所述建立考慮組合廓形動態(tài)重組和軌件間非線性相互作用的柔性道岔模型，具體包括以下步驟：

7、從道岔設計圖紙中提取關鍵斷面全斷面廓形，擬合生成面域；

8、對生成的面域進行有限元分析，建立鋼軌梁有限元模型；

9、采用力元模擬建立的鋼軌梁有限元模型中的各軌件間的非線性相互作用，得到柔性道岔模型。

10、結合第一方面，在一種實施方式中，所述從道岔設計圖紙中提取關鍵斷面全斷面廓形，擬合生成面域，具體包括以下步驟：

11、從道岔設計圖紙中提取關鍵斷面鋼軌軌頭以下預設距離范圍內(nèi)的廓形進行離散化處理，獲取離散化處理后的廓形；

12、對離散化處理后的廓形的離散點之間進行線性插值，得到道岔各斷面廓形；

13、將得到的道岔各斷面廓形按照道岔對應里程進行排布，沿線路縱向進行擬合和插值，生成組合廓形的面域。

14、結合第一方面，在一種實施方式中，所述對生成的面域進行有限元分析，建立鋼軌梁有限元模型，具體包括以下步驟：

15、導入生成的面域于有限元軟件中，切削鋼軌為多個平面；

16、對切削成多個平面的鋼軌劃分映射網(wǎng)格和截面網(wǎng)格，得到直尖軌-翼軌梁模型各截面網(wǎng)格；

17、對直尖軌-翼軌梁模型各截面網(wǎng)格進行里程布置，生成三維梁模型，對三維梁模型進行模態(tài)縮減和求解，生成求解結果；

18、對求解結果進行數(shù)據(jù)處理，形成交互文件；

19、定義、引用交互文件數(shù)據(jù)，對各軌件的主節(jié)點剛度和阻尼進行設置，建立鋼軌梁有限元模型。

20、結合第一方面，在一種實施方式中，所述采用力元模擬建立的鋼軌梁有限元模型中的各軌件間的非線性相互作用，得到柔性道岔模型，具體包括以下步驟：

21、設鋼軌單元節(jié)點處存在著非線性的橫向密貼力；

22、若兩鋼軌在單元節(jié)點處貼靠，則存在橫向密貼力；

23、若兩鋼軌在單元節(jié)點處不貼靠，則橫向密貼力為0；

24、采用力元模擬橫向密貼力，通過調(diào)用輸入函數(shù)表征軌件間的非線性作用關系。

25、結合第一方面，在一種實施方式中，所述對車輛-道岔剛?cè)狁詈蟿恿W模型進行鋼軌廓形動態(tài)重組更新和車岔系統(tǒng)動力學求解，具體包括以下步驟：

26、通過跡線法計算車輛-道岔剛?cè)狁詈蟿恿W模型中接觸點對的分布情況，求解車輪在一節(jié)點處與道岔的接觸位置，計算鋼軌該節(jié)點的輪軌作用力的大小，施加輪軌作用力于柔性道岔上，利用模態(tài)分析法模擬下一節(jié)點的振動與變形；

27、根據(jù)鋼軌的變形情況更新下一節(jié)點處鋼軌廓形的位置，并確定下一節(jié)點處的輪軌接觸關系，如此循環(huán)進行求解。

28、結合第一方面，在一種實施方式中，所述建立車輛-道岔剛?cè)狁詈蟿恿W計算系統(tǒng)，包括剛性車輛模型、柔性道岔模型和輪軌接觸模塊中，所述輪軌接觸模塊為simpack-rail_wheel_pairs模塊。

29、第二方面，本技術提供了一種車岔系統(tǒng)組合廓形動態(tài)重組更新系統(tǒng)，包括：

30、柔性道岔模型建立模塊，用于建立考慮組合廓形動態(tài)重組和軌件間非線性相互作用的柔性道岔模型；

31、動力學計算系統(tǒng)建立模塊，與所述柔性道岔模型建立模塊通信連接，用于建立車輛-道岔剛?cè)狁詈蟿恿W計算系統(tǒng)，包括剛性車輛模型、柔性道岔模型和輪軌接觸模塊；

32、更新和求解模塊，與所述動力學計算系統(tǒng)建立模塊通信連接，用于通過輪軌接觸模塊耦合剛性車輛模型和柔性道岔模型，建立車輛-道岔剛?cè)狁詈蟿恿W模型，對車輛-道岔剛?cè)狁詈蟿恿W模型進行鋼軌廓形動態(tài)重組更新和車岔系統(tǒng)動力學求解。

33、結合第二方面，在一種實施方式中，所述柔性道岔模型建立模塊包括：

34、面域生成單元，用于從道岔設計圖紙中提取關鍵斷面全斷面廓形，擬合生成面域；

35、變形參數(shù)設置單元，與所述面域生成單元通信連接，用于對生成的面域進行有限元分析，對各軌件的主節(jié)點剛度和阻尼進行設置，建立鋼軌梁有限元模型；

36、非線性作用單元，與所述變形參數(shù)設置單元通信連接，用于采用力元模擬建立的鋼軌梁有限元模型中的各軌件間的非線性相互作用，得到柔性道岔模型。

37、第三方面，本技術提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有車岔系統(tǒng)組合廓形動態(tài)重組更新程序，其中所述車岔系統(tǒng)組合廓形動態(tài)重組更新程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)如上所述的車岔系統(tǒng)組合廓形動態(tài)重組更新方法的步驟。

38、本技術實施例提供的技術方案帶來的有益效果至少包括：

39、通過建立了較為完整的車輛-道岔剛?cè)狁詈蟿恿W模型，充分考慮各軌件軌下剛度的差異，考慮實際的軌道結構服役環(huán)境，實現(xiàn)了對組合軌件的動態(tài)重構，不僅能研究輪載的轉(zhuǎn)移、分配規(guī)律，而且能反映組合軌件動態(tài)重構對輪軌垂向力的影響；與現(xiàn)有車岔系統(tǒng)動力學研究方法相比，具有更高的計算效率。