CRTS III型板式轨道自适应多尺度损伤演变模型

作     者：徐庆元 孙胜伟 胡昌林 欧熙 窦祥强 

作者机构：株洲时代新材料科技股份有限公司 中国铁路上海局集团有限公司 中南大学土木工程学院 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51978673) 

主　　题：CRTS III型板式轨道 自适应多尺度模型 宏观模型 细观模型 损伤演变 

摘      要：为解决现有宏观模型无法准确反映CRTS III型板式轨道在复杂荷载下的损伤演变和全细观模型耗费大量计算资源的问题，一种自适应多尺度模型被建立。该模型结合了宏观梁单元、二维实体单元和混凝土细观模型三种尺度，通过损伤指标对临界区域进行识别，在计算过程中，随着损伤的逐渐加剧，梁单元会转换为二维实体单元，二维实体单元会进一步细化为表征混凝土细观特性的骨料、砂浆与界面单元，使理想化为均质材料的混凝土逐渐被非均质多相材料所取代。通过对比叠合梁模型、二维实体模型与三维实体模型的计算结果，三者应力水平差异较小，验证了梁单元转换为二维实体单元的合理性。同时，基于自适应多尺度模型对自密实混凝土的四点弯曲试验进行数值模拟，与试验结果进行对比。该模型能够以较小的自由度模拟出试件的细观断裂过程，整个过程的荷载-位移曲线吻合度较好，验证了二维实体模型细化为混凝土细观模型的合理性。将自适应多尺度模型应用于CRTS III型板式轨道结构力学特性分析，以较小的自由度研究轨道结构宏观和细观力学性能，能够预测轨道结构的潜在破坏，并反映出精确的应力水平和完整的细观破坏过程。该研究模型可进一步为轨道设计和维护提供重要依据，更好地评估和优化轨道结构的性能。