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铁道科学与工程学报 2023年第5期20卷 1666-1676页

作者：陈宪麦王日吉徐磊潘燕萍彭良坤李忠中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中南大学湖南铁院土木工程检测有限公司湖南长沙410075

为明晰线弹性模型与非线性损伤塑性模型在无砟轨道不同状态下的适用范围,研究层间离缝纵向扩展过程中轨道板在列车动荷载作用下的损伤萌生扩展规律,基于ABAQUS有限元软件建立CRTSⅠ型板式无砟轨道空间实体模型,以不同累积概率不平顺状... 详细信息

为明晰线弹性模型与非线性损伤塑性模型在无砟轨道不同状态下的适用范围,研究层间离缝纵向扩展过程中轨道板在列车动荷载作用下的损伤萌生扩展规律,基于ABAQUS有限元软件建立CRTSⅠ型板式无砟轨道空间实体模型,以不同累积概率不平顺状态下的扣件支点压力作为荷载激励,分别采用线弹性模型与非线性损伤塑性模型描述轨道板混凝土应力-应变关系,对比分析整体轨道板在2种本构模型下的受力状态,分析其在轨道板-CA砂浆层层间离缝状态下的动力损伤规律。研究结果表明:在轨道结构正常状态下,各累积概率不平顺状态下的轨道板纵、横向拉应力水平较低,可采用线弹性模型简化计算;层间离缝状态下,轨道板上表面将承受较大拉应力而使轨道板受力进入塑性软化阶段,此时可采用非线性损伤塑性模型描述轨道板损伤的萌生、扩展过程。10%~90%累积概率不平顺状态下,轨道板损伤萌生所需离缝纵向长度处于820~890 mm之间,99%累积概率下仅需580 mm。轨道板损伤首先产生于第2组承轨台周围的轨下对应区域,随离缝纵向发展同时向板中与板边扩展直至贯通;轨道不平顺状态越差,轨道板损伤萌生与达到最大拉伸损伤所需离缝纵向长度越小。损伤所产生的塑性应变将引起轨道板几何状态的改变,进一步恶化轨道不平顺状态,造成轨道板损伤-轨道不平顺加剧的恶性循环。

关键词： CRTSⅠ型板式无砟轨道层间离缝混凝土损伤塑性模型轨道不平顺概率模型轨道板损伤

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高速列车脱落冰块对轨道板试件表面冲击作用的数值模拟研究

高速列车脱落冰块对轨道板试件表面冲击作用的数值模拟研究

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作者：孟凡磊西南交通大学

学位级别：硕士

高速列车在冰雪天气行驶时,由于列车底部周围的气压为负压,道路和空气中的雨雪会向车体周围移动,部分吸附在车底凝结成冰块。随着列车的振动和温度的变化,列车底部的冰块可能会发生脱落,由于脱落的冰块速度高、质量大,可能会对轨道板产... 详细信息

高速列车在冰雪天气行驶时,由于列车底部周围的气压为负压,道路和空气中的雨雪会向车体周围移动,部分吸附在车底凝结成冰块。随着列车的振动和温度的变化,列车底部的冰块可能会发生脱落,由于脱落的冰块速度高、质量大,可能会对轨道板产生冲击损伤,从而可能会影响轨道板结构的服役性和可靠性。因此,有针对性地研究高速列车脱落冰块对轨道板的冲击动力响应和损伤特征,具有一定的理论意义和工程应用背景。本文利用非线性显式动力有限元分析软件LS-DYNA,建立了高速列车脱落冰块对轨道板的冲击动力分析模型,结合室内模型试验结果,验证了高速列车脱落冰块冲击轨道板有限元模型的准确性。基于数值分析结果,研究了冰块冲击荷载作用下轨道板的动力响应和损伤特征,分析了冰块半径、冲击速度、冲击角度和轨道板强度等参数对轨道板冲击动力响应和损伤特征的影响。研究结果表明:(1)在试验和数值模拟中,轨道板表面均在在冰块冲击荷载作用下形成了直径略大于60 mm的圆形凹陷区域,凹陷深度最大值的误差小于10%,冰块均在破碎后呈流体的状态向四周散开,数值模拟结果和试验结果具有良好的一致性,验证了有限元模型的准确性;轨道板表面的损伤破坏形式主要以局部受压变形为主。(2)轨道板表面凹陷深度、裂纹损伤面积、冲击力峰值和轨道板内能均随着冲击速度和冰块半径的增大而线性增大,当冰块的冲击速度从40 m/s增加到100 m/s,轨道板表面凹陷深度最大值和裂纹损伤面积均增大了约4倍,表面凹陷区域直径基本不变,冲击力峰值和轨道板内能分别增大了约2倍和5倍。当冰块半径从30 mm依次增大到60 mm,轨道板表面凹陷深度最大值、凹陷区域直径和裂纹损伤面积均增大了约2倍,内部裂纹损伤面积增大了约4倍,冲击力峰值和轨道板内能分别增大了约4倍和5倍。(3)随着冲击角度的增大,轨道板表面凹陷深度、凹陷区域直径、裂纹损伤区域和冲击力峰值在0。到15。时均显著减小,在15。到45。时缓慢减小。当冲击角度从0。增加到15。,轨道板表面的凹陷深度最大值和凹陷区域直径分别减小了大约78%和25%,裂纹损伤面积和冲击力峰值均减小了约90%;当冲击角度从15。增加到45。时,轨道板表面的凹陷深度最大值、凹陷区域直径、裂纹损伤面积和冲击力峰值分别减小了约21%、11%、40%和20%,而轨道板的内能随着冲击角度的增大呈线性减小的趋势,降低了约50%。(4)随着轨道板强度的提高,轨道板表面凹陷深度、凹陷区域直径和轨道板内能均线性减小,而裂纹损伤面积线性增大。当轨道板强度从30 MPa增大到60 MPa,轨道板表面凹陷深度最大值、凹陷区域直径和轨道板内能分别减小了68%、33%和38%,轨道板的裂纹损伤面积增大了3倍,冲击力峰值基本不受轨道板强度的影响。提高轨道板强度对轨道板的抗冲击性能有一定的提升作用。

关键词：冰块冲击轨道板损伤数值模拟动力响应参数分析

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