列车—轨道—桥梁耦合系统动力方程求解方法对计算精度和效率的影响

作     者：朱志辉 龚威 王力东 蔡成标 余志武 ZHU Zhihui;GONG Wei;WANG Lidong;CAI Chengbiao;YU Zhiwu

作者机构：中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075 西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 

出 版 物：《中国铁道科学》 (China Railway Science)

年 卷 期：2016年第37卷第5期

页      面：17-26页

核心收录：

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(51378511 51678576) 湖南省高校创新平台开放基金(13K006) 牵引动力国家重点实验室开放课题(TPL1601) 中南大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2016ZZTS421) 

主　　题：车—桥耦合振动 耦合时变算法 分离迭代算法 系统动力方程 高速列车 动力响应 

摘      要：基于轮轨Hertz接触模型,分别建立列车—轨道—桥梁垂向耦合系统的分离迭代法和耦合时变法的系统动力方程。根据系统最高频率以及谱半径理论分析这2种系统动力方程对时间积分步长的要求以及在计算收敛性方面的差别;以8辆车编组的高速列车通过5跨简支梁桥为例,对比这2种系统动力方程的计算精度,并分析耦合时变系统动力方程不同时间积分步长对不同动力响应指标计算精度的影响规律。结果表明:分离迭代法系统动力方程受积分步内迭代稳定性和计算精度的双重控制,其时间积分步长必须小于0.2ms;而耦合时变法系统动力方程则允许采用较大的时间积分步长,但不同动力响应指标的计算精度受时间积分步长的影响不同,其中,钢轨位移、车体振动加速度、桥梁位移以及轮轨垂向力等指标对时间积分步长的变化不敏感,在1ms的积分步长下即可得到精确解,而钢轨和桥梁的振动加速度指标对时间积分步长的变化敏感,时间积分步长需要小于0.4ms。