CN103678823A - 一种基于ca砂浆伤损的板式无砟轨道结构评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于铁路工程领域，提供了一种基于CA砂浆伤损的高速铁路板式无砟轨道结构评估方法。在本发明中，综合轨道结构力学、轮轨系统动力学和有限元等理论，借助ANSYS、ANSYS/LSDYNA等大型有限元软件，经过合理力学简化，较为准确的模拟CA砂浆伤损行为，并根据模拟结果生成相应的CA砂浆伤损养护维修各级标准。本发明的方法可以得出板式无砟轨道系统钢轨、轨道板、砂浆填充层等各部件的变形与受力，以及车辆和轨道系统各部振动加速度等参量，从而可以有效评估CA砂浆伤损对轨道结构受力和行车安全及舒适性的影响，对于板式无砟轨道的养护维修管理具有重要的实际意义。

Description

一种基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道结构评估方法

技术领域

本发明属于铁道工程技术领域，尤其涉及一种基于CA砂浆伤损的高速铁路板式无砟轨道结构评估方法。

背景技术

我国幅员辽阔、环境条件复杂多样，无砟轨道作为行车的基础且一直暴露于复杂的大气环境中，受列车荷载、环境条件等多种因素长期作用的影响，难以避免产生各种病害。

单元板式轨道作为拼装式结构，垂向层状结构一旦不稳定，会导致最薄弱的CA（Cement Asphalt Mortar，CAM）砂浆层破损并可能引起轨道板伤损，尤其是当CA砂浆伤损至碎裂掉块时，将导致轨道板底部脱空，造成轨道刚度局部突变，劣化轨道动态平顺性，降低轨道结构承载能力，不利于高速列车安全平稳运行。高速铁路和客运专线要求轨道结构具备极高的耐久性和可靠性，板式无砟轨道系统砂浆调整层出现伤损如何影响轨道平顺性和结构承载能力，对高速列车运行的安全性及平稳性的影响亟待解决。

现有技术常运用有限元方法建立无砟轨道结构梁板模型或梁体模型，考虑“准静态”的列车荷载和温度荷载，针对无CA砂浆伤损状态的板式无砟轨道结构受力进行静力分析。并通过有限元方法建立车辆-无砟轨道系统耦合振动模型，但多数是针对无CA砂浆伤损状态的板式无砟轨道结构动力特性进行研究。

目前，尚缺乏系统全面的针对CA砂浆伤损的板式无砟轨道结构有效评估方法，难以建立合理的CA砂浆伤损的维修标准。

砂浆伤损对轨道结构自身受力的影响最明显，现有的静力学梁板模型难以有效解决袋装施工CA砂浆层与轨道板之间的接触模拟，基于构造方法模拟CA砂浆掉块等伤损过于复杂繁琐。

此外，较为轻微的轨道病害可能并不会对行车的安全性和平稳性造成较大的影响，但当轨道病害发展到一定阶段后，严重时将直接影响行车的平稳性和安全性。因此，有必要通过动力仿真分析来确定不同程度的轨道病害对行车的安全性和平稳性的影响。现有的动力学计算模型尚未建立合理的CA砂浆伤损本构模型，并且缺乏现场实测的验证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道结构评估方法，旨在解决现有技术存在的上述问题。

本发明是这样实现的，一种基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道结构评估方法，所述方法包括：

根据现场调查分析CA砂浆伤损的特征和机理，明确砂浆伤损形式和成因，并且建立CA砂浆伤损本构初步模型；

根据所述CA砂浆伤损本构初步模型，利用有限元分析软件，结合机车车辆、轨道动力学和轨道结构强度评价指标，从静、动力学两个角度出发，模拟和评估CA砂浆伤损行为；

针对CA砂浆伤损进行现场动态测试，评估基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道动力学特性，并且利用现场动态测试结果对CA砂浆伤损本构初步模型进行优化，得到CA砂浆伤损本构优化模型；

根据CA砂浆伤损本构优化模型，针对不同位置、形式和程度的CA砂浆伤损进行理论计算分析，结合机车车辆、轨道动力学和轨道结构强度评价指标，评价CA砂浆伤损对轨道结构受力、行车安全性及平稳性的影响；

根据所述CA砂浆伤损对轨道结构受力、行车安全性及平稳性的影响，将CA砂浆伤损级别划分多个等级，并相应生成CA砂浆伤损养护维修标准。

进一步地，所述根据所述CA砂浆伤损本构初步模型，利用有限元分析软件，结合机车车辆、轨道动力学和轨道结构强度评价指标，从静、动力学两个角度出发，模拟和评估CA砂浆伤损行为的步骤包括：

对钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，对砂浆层与轨道板之间的层间接触关系进行模拟，将伤损区域砂浆单元予以杀死，生成含砂浆伤损的CRTSⅠ型板式无砟轨道静力学梁体模型，在列车竖向荷载和温度荷载作用下，针对不同位置和尺寸大小的砂浆伤损，计算并输出显示轨道结构受力；

对机车车辆、钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，伤损区域砂浆采用零刚度和零阻尼的离散梁单元进行模拟，生成含砂浆伤损的车辆-CRTS Ⅰ型板式无砟轨道垂向耦合振动空间模型，针对不同位置和尺寸大小的砂浆伤损，计算并输出显示车辆和轨道系统动力特性。

进一步地，对钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，对砂浆层与轨道板之间的层间接触关系进行模拟，将伤损区域砂浆单元予以杀死，生成含砂浆伤损的CRTS Ⅰ型板式无砟轨道静力学梁体模型的步骤包括：

对钢轨采用梁单元进行模拟，赋予实际截面属性，考虑纵、垂向位移及转角；

对扣件采用线性弹簧单元进行模拟，考虑扣件的垂向刚度；

对轨道板、砂浆层及底座板采用实体单元进行模拟，轨道板与砂浆层之间采用接触单元模拟，砂浆层与底座板之间按粘结处理；

采用单元生死技术将伤损区域砂浆单元予以杀死进行模拟砂浆伤损；

采用线性弹簧单元模拟底座板底部支承，支承刚度由弹簧数量及基础类型决定。

进一步地，所述在列车竖向荷载和温度荷载作用下，针对不同位置和尺寸大小的砂浆伤损，计算并输出显示轨道结构受力的步骤包括：

在列车荷载和温度荷载作用下，针对不同位置出现不同大小的砂浆伤损，计算并输出显示钢轨、轨道板、砂浆层及底座板垂向位移；

在列车荷载和温度荷载作用下，针对不同位置出现不同大小的砂浆伤损，计算并输出显示轨道板、砂浆层及底座板纵横垂向应力。

进一步地，所述对机车车辆、钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，伤损区域砂浆采用零刚度和零阻尼的离散梁单元进行模拟，生成含砂浆伤损的车辆-CRTS Ⅰ型板式无砟轨道垂向耦合振动空间模型的步骤具体包括：

针对机车车辆采用多刚体模型，包括车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂；

针对钢轨采用离散弹性点支承基础上Euler梁模拟，支承点间隔为扣件间距，约束钢轨横向位移；

针对轨道板、底座均采用弹性薄板单元模拟，尺寸和材料参数按实际取值，并忽略凸形挡台及砂浆对轨道板提供的横向弹性约束；

针对扣件、砂浆层和基础支承均考虑为弹簧-阻尼单元，采用垂向离散梁单元进行模拟，并赋予相应的线性刚度和粘性阻尼，伤损区域砂浆弹簧-阻尼单元赋予零刚度和零阻尼。

进一步地，所述计算并输出显示车辆和轨道系统动力特性的步骤包括：

钢轨、轨道板及底座板动态垂向位移和垂向振动加速度，扣件、砂浆层及基础支承弹簧单元动态垂向力，车体、转向架及轮对垂向振动加速度，轮轨垂向作用力。

在本发明中，综合轨道结构力学、轮轨系统动力学和有限元等理论，借助ANSYS、ANSYS/LSDYNA等大型有限元软件，经过合理力学简化，较为准确的模拟CA砂浆伤损行为，并根据模拟结果生成相应的CA砂浆伤损养护维修各级标准。本发明的方法可以得出板式无砟轨道系统钢轨、轨道板、砂浆填充层等各部件的变形与受力，以及车辆和轨道系统各部振动加速度等参量，从而可以有效评估CA砂浆伤损对轨道结构受力和行车安全及舒适性的影响，对于板式无砟轨道的养护维修管理具有重要的实际意义。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于CA砂浆伤损的高速铁路板式无砟轨道结构评估方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的基于CA砂浆伤损的CRTS Ⅰ型板式无砟轨道结构评估方法示意图；

图3是本发明实施例提供的含砂浆伤损的CRTS Ⅰ型板式无砟轨道结构（平板型或框架型）梁体模型示意图；

图4是本发明实施例提供的板端砂浆伤损沿纵向长度对钢轨垂向位移的影响示意图；

图5是本发明实施例提供的板端砂浆伤损沿纵向长度对轨道板纵向拉应力的影响示意图；

图6是本发明实施例提供的板端砂浆伤损沿纵向长度对砂浆层垂向压应力的影响示意图；

图7是本发明实施例提供的含砂浆伤损的车辆-CRTS Ⅰ型（平板型或框架型）板式无砟轨道垂向耦合振动空间模型示意图；

图8是本发明实施例提供的基于ANSYS/LSDYNA建立的含砂浆伤损的车辆-CRTS Ⅰ型(框架型)板式无砟轨道垂向耦合振动空间模型示意图；

图9是本发明实施例提供的砂浆无伤损和相邻板端砂浆伤损时车体垂向振动加速度时间历程曲线对比示意图；

图10是本发明实施例提供的砂浆无伤损和相邻板端砂浆伤损时轮轨垂向作用力时间历程曲线对比示意图；

图11是本发明实施例提供的砂浆无伤损和相邻板端砂浆伤损时钢轨垂向位移时间历程曲线对比示意图；

图12是本发明实施例提供的砂浆沿纵向伤损长度对砂浆疲劳寿命的影响示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1、2，图1示出了本发明实施例提供的基于CA砂浆伤损的高速铁路板式无砟轨道结构评估方法的流程，详述如下：

在步骤S101中，根据现场调查分析CA砂浆伤损的特征和机理，明确砂浆伤损形式和成因，并且建立CA砂浆伤损本构初步模型。

在步骤S102中，根据所述CA砂浆伤损本构初步模型，利用有限元分析软件，结合机车车辆、轨道动力学和轨道结构强度评价指标，从静、动力学两个角度出发，模拟和评估CA砂浆伤损行为。

本S102步骤具体又包括以下步骤：（1）对钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，对砂浆层与轨道板之间的层间接触关系进行模拟，将伤损区域砂浆单元予以杀死，生成含砂浆伤损的CRTS Ⅰ型板式无砟轨道静力学梁体模型，在列车竖向荷载和温度荷载作用下，针对不同位置和尺寸大小的砂浆伤损，计算并输出显示轨道结构受力。（2）对机车车辆、钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，伤损区域砂浆采用零刚度和零阻尼的离散梁单元进行模拟，生成含砂浆伤损的车辆-CRTSⅠ型板式无砟轨道垂向耦合振动空间模型，针对不同位置和尺寸大小的砂浆伤损，计算并输出显示车辆和轨道系统动力特性。

对于（1）步骤，在具体实施过程中，可以应用有限元软件ANSYS对钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，运用接触单元实现砂浆层与轨道板之间的接触模拟，运用生死单元技术将伤损区域砂浆单元予以杀死。

作为本发明的实施例，所述对钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，对砂浆层与轨道板之间的层间接触关系进行模拟，将伤损区域砂浆单元予以杀死，生成含砂浆伤损的CRTSⅠ型板式无砟轨道静力学梁体模型的步骤包括：对钢轨采用梁单元进行模拟，赋予实际截面属性，考虑纵、垂向位移及转角；对扣件采用线性弹簧单元进行模拟，考虑扣件的垂向刚度；对轨道板、砂浆层及底座板采用实体单元进行模拟，轨道板与砂浆层之间采用接触单元模拟，砂浆层与底座板之间按粘结处理；采用单元生死技术将伤损区域砂浆单元予以杀死进行模拟砂浆伤损；底座板底部支承采用线性弹簧单元模拟，支承刚度由弹簧数量及基础类型决定。

作为本发明的实施例，所述在列车竖向荷载和温度荷载作用下，针对不同位置和尺寸大小的砂浆伤损，计算并输出显示轨道结构受力的步骤包括：在列车荷载和温度荷载作用下，针对不同位置出现不同大小的砂浆伤损，计算并输出显示钢轨、轨道板、砂浆层及底座板垂向位移；在列车荷载和温度荷载作用下，针对不同位置出现不同大小的砂浆伤损，计算并输出显示轨道板、砂浆层及底座板纵横垂向应力。

对于（1）步骤，在具体实施过程中，可以采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对机车车辆、钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，伤损区域砂浆采用零刚度和零阻尼的离散梁单元进行模拟。

作为本发明的实施例，所述对机车车辆、钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，伤损区域砂浆采用零刚度和零阻尼的离散梁单元进行模拟，生成含砂浆伤损的车辆-CRTS Ⅰ型板式无砟轨道垂向耦合振动空间模型的步骤具体包括：

针对机车车辆采用多刚体模型，包括车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂；针对钢轨采用离散弹性点支承基础上Euler梁模拟，支承点间隔为扣件间距，约束钢轨横向位移；针对轨道板、底座均采用弹性薄板单元模拟，尺寸和材料参数按实际取值，并忽略凸形挡台及砂浆对轨道板提供的横向弹性约束；针对扣件、砂浆层和基础支承均考虑为弹簧-阻尼单元，采用垂向离散梁单元进行模拟，并赋予相应的线性刚度和粘性阻尼，伤损区域砂浆弹簧-阻尼单元赋予零刚度和零阻尼。

作为本发明的实施例，所述计算并输出显示车辆和轨道系统动力特性的步骤包括：钢轨、轨道板及底座板动态垂向位移和垂向振动加速度，扣件、砂浆层及基础支承弹簧单元动态垂向力，车体、转向架及轮对垂向振动加速度，轮轨垂向作用力。

在步骤S103中，针对CA砂浆伤损进行现场动态测试，评估基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道动力学特性，并且利用现场动态测试结果对CA砂浆伤损本构初步模型进行优化，得到CA砂浆伤损本构优化模型。

在步骤S104中，根据CA砂浆伤损本构优化模型，针对不同位置、形式和程度的CA砂浆伤损进行理论计算分析，结合机车车辆、轨道动力学和轨道结构强度评价指标，评价CA砂浆伤损对轨道结构受力、行车安全性及平稳性的影响。

在步骤S105中，根据所述CA砂浆伤损对轨道结构受力、行车安全性及平稳性的影响，将CA砂浆伤损级别划分多个等级，并相应生成CA砂浆伤损养护维修标准。

本发明的方法为了研究CA砂浆伤损对轨道结构受力性能的影响，采用接触分析、单元生死技术等计算方法建立含砂浆伤损的板式无砟轨道结构梁体模型，可以有效解决砂浆层与轨道板之间的接触模拟、砂浆伤损的模拟等技术难点。本方法适用于各种类型板式轨道结构调整层伤损造成轨道板底脱空的情况。本方法为了研究各种形式和不同程度的砂浆伤损对车辆和轨道系统动力特性的影响，通过运用轮轨系统动力学原理，建立含砂浆伤损本构模型的车辆-轨道系统耦合动力学空间模型。本方法的优势在于首先将砂浆伤损进行合理力学简化，建立砂浆伤损本构模型，从静、动力学两个方面研究砂浆伤损行为，综合车辆和轨道系统力学性能评价指标，较为全面的研究砂浆伤损对轨道结构受力和行车安全及平稳性的影响。

图3示出了含砂浆伤损的CRTS Ⅰ型板式无砟轨道结构（平板型或框架型）梁体模型。

当板端位置处CA砂浆沿轨道横向完全伤损时，将出现伤损的CA砂浆被简化处理为沿厚度方向完全失效。

通过运用ANSYS有限元软件，根据图3所示力学模型图，忽略凸台的影响，CA砂浆伤损采用生死单元技术将伤损处CA砂浆杀死予以实现，轨道板与CA砂浆之间采用接触单元模拟二者之间的接触关系，建立含CA砂浆伤损的CRTS Ⅰ型板式无砟轨道结构（平板型）空间梁体模型。

图4示出了板端砂浆伤损沿纵向长度对钢轨垂向位移的影响。

当板端位置处CA砂浆沿轨道横向完全伤损时，见图3所示将出现伤损的CA砂浆被简化处理为沿厚度方向完全失效。运用见静力学理论计算模型，考虑常用列车荷载和常用温度梯度组合的情况下，计算得出不同CA砂浆伤损沿纵向长度对钢轨垂向位移的影响，如图4所示。

图5示出了板端砂浆伤损沿纵向长度对轨道板纵向拉应力的影响。

当板端位置处CA砂浆沿轨道横向完全伤损时，见图3所示将出现伤损的CA砂浆被简化处理为沿厚度方向完全失效。运用静力学理论计算模型，考虑常用列车荷载和常用温度梯度组合的情况下，计算得出不同CA砂浆伤损沿纵向长度对轨道板纵向拉应力的影响，如图5所示。

图6示出了板端砂浆伤损沿纵向长度对砂浆层垂向压应力的影响。当板端位置处CA砂浆沿轨道横向完全伤损时，见图3所示将出现伤损的CA砂浆被简化处理为沿厚度方向完全失效。运用静力学理论计算模型，考虑常用列车荷载和常用温度梯度组合的情况下，计算得出不同CA砂浆伤损沿纵向长度对砂浆层垂向压应力的影响，如图6所示。

图7示出了含砂浆伤损的车辆-CRTS Ⅰ型（平板型或框架型）板式无砟轨道垂向耦合振动空间模型。

当相邻两块轨道板板端位置处CA砂浆沿轨道横向完全伤损时，将出现伤损的CA砂浆被简化处理为沿厚度方向完全失效，采用零刚度和零阻尼弹簧单元模拟伤损处CA砂浆单元，如图7所示。

图8为基于ANSYS/LSDYNA建立的含砂浆伤损的车辆-CRTSⅠ型(框架型)板式无砟轨道垂向耦合振动空间模型。

通过运用ANSYS/LSDYNA有限元软件，根据图7所示力学模型图，采用零刚度和零阻尼弹簧单元模拟伤损处CA砂浆单元，建立含CA砂浆伤损的CRTS Ⅰ型(框架型)板式无砟轨道结构垂向耦合振动空间模型，如图8所示。

图9示出了砂浆无伤损和相邻板端砂浆伤损时车体垂向振动加速度时间历程曲线对比，当相邻两块轨道板板端位置处CA砂浆沿轨道横向完全伤损时，见图7所示采用零刚度和零阻尼弹簧单元模拟伤损处CA砂浆单元，运用见图8所示动力学理论计算模型，考虑机车类型为CRH2型，行车速度为300km/h时，砂浆无伤损和相邻板端砂浆伤损时车体垂向振动加速度时间历程曲线对比，如图9所示。

图10示出了砂浆无伤损和相邻板端砂浆伤损时轮轨垂向作用力时间历程曲线对比；

当相邻两块轨道板板端位置处CA砂浆沿轨道横向完全伤损时，见图7所示采用零刚度和零阻尼弹簧单元模拟伤损处CA砂浆单元，运用见图8所示动力学理论计算模型，考虑机车类型为CRH2型，行车速度为300km/h时，砂浆无伤损和相邻板端砂浆伤损时轮轨垂向作用力时间历程曲线对比，如图10所示。

图11示出了砂浆无伤损和相邻板端砂浆伤损时钢轨垂向位移时间历程曲线对比。

当相邻两块轨道板板端位置处CA砂浆沿轨道横向完全伤损时，见图7所示采用零刚度和零阻尼弹簧单元模拟伤损处CA砂浆单元，运用见图8所示动力学理论计算模型，考虑机车类型为CRH2型，行车速度为300km/h时，砂浆无伤损和相邻板端砂浆伤损时钢轨垂向位移时间历程曲线对比，如图11所示。

图12为砂浆沿纵向伤损长度对砂浆疲劳寿命的影响。

当CRTS Ⅰ型（框架型）板式无砟轨道CA砂浆出现如图3所示板端砂浆伤损时，运用静力学理论计算模型，考虑300kN列车荷载作用时，针对理论计算出的CA砂浆垂向压应力进行疲劳寿命评价分析，得出的砂浆疲劳寿命随砂浆沿纵向伤损长度的变化规律，如图12所示。

图12表明：随着砂浆伤损长度的不断增加，砂浆垂向压应力不断增大，砂浆疲劳寿命急剧降低，当砂浆沿纵向伤损长度超过0.30m时，砂浆疲劳寿命不足30年，此时砂浆伤损可能产生疲劳扩展而不断劣化。据此分析，可以制定出CRTSⅠ型（框架型）板式无砟轨道CA砂浆伤损的维修标准限值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道结构评估方法，其特征在于，所述方法包括：

根据现场调查分析CA砂浆伤损的特征和机理，明确砂浆伤损形式和成因，并且建立CA砂浆伤损本构初步模型；

根据所述CA砂浆伤损本构初步模型，利用有限元分析软件，结合机车车辆、轨道动力学和轨道结构强度评价指标，从静、动力学两个角度出发，模拟和评估CA砂浆伤损行为；

针对CA砂浆伤损进行现场动态测试，评估基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道动力学特性，并且利用现场动态测试结果对CA砂浆伤损本构初步模型进行优化，得到CA砂浆伤损本构优化模型；

根据CA砂浆伤损本构优化模型，针对不同位置、形式和程度的CA砂浆伤损进行理论计算分析，结合机车车辆、轨道动力学和轨道结构强度评价指标，评价CA砂浆伤损对轨道结构受力、行车安全性及平稳性的影响；

根据所述CA砂浆伤损对轨道结构受力、行车安全性及平稳性的影响，将CA砂浆伤损级别划分多个等级，并相应生成CA砂浆伤损养护维修标准。

2.根据权利要求1所述的基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道结构评估方法，其特征在于，所述根据所述CA砂浆伤损本构初步模型，利用有限元分析软件，结合机车车辆、轨道动力学和轨道结构强度评价指标，从静、动力学两个角度出发，模拟和评估CA砂浆伤损行为的步骤包括：

对钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，对砂浆层与轨道板之间的层间接触关系进行模拟，将伤损区域砂浆单元予以杀死，生成含砂浆伤损的CRTSⅠ型板式无砟轨道静力学梁体模型，在列车竖向荷载和温度荷载作用下，针对不同位置和尺寸大小的砂浆伤损，计算并输出显示轨道结构受力；

对机车车辆、钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，伤损区域砂浆采用零刚度和零阻尼的离散梁单元进行模拟，生成含砂浆伤损的车辆-CRTSⅠ型板式无砟轨道垂向耦合振动空间模型，针对不同位置和尺寸大小的砂浆伤损，计算并输出显示车辆和轨道系统动力特性。

3.根据权利要求2所述的基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道结构评估方法，其特征在于，对钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，对砂浆层与轨道板之间的层间接触关系进行模拟，将伤损区域砂浆单元予以杀死，生成含砂浆伤损的CRTSⅠ型板式无砟轨道静力学梁体模型的步骤包括：

对钢轨采用梁单元进行模拟，赋予实际截面属性，考虑纵、垂向位移及转角；

对扣件采用线性弹簧单元进行模拟，考虑扣件的垂向刚度；

对轨道板、砂浆层及底座板采用实体单元进行模拟，轨道板与砂浆层之间采用接触单元模拟，砂浆层与底座板之间按粘结处理；

采用单元生死技术将伤损区域砂浆单元予以杀死进行模拟砂浆伤损；

采用线性弹簧单元模拟底座板底部支承，支承刚度由弹簧数量及基础类型决定。

4.根据权利要求2所述的基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道结构评估方法，其特征在于，所述在列车竖向荷载和温度荷载作用下，针对不同位置和尺寸大小的砂浆伤损，计算并输出显示轨道结构受力的步骤包括：

在列车荷载和温度荷载作用下，针对不同位置出现不同大小的砂浆伤损，计算并输出显示钢轨、轨道板、砂浆层及底座板垂向位移；

在列车荷载和温度荷载作用下，针对不同位置出现不同大小的砂浆伤损，计算并输出显示轨道板、砂浆层及底座板纵横垂向应力。

5.根据权利要求2所述的基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道结构评估方法，其特征在于，所述对机车车辆、钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板及基础进行仿真模拟，伤损区域砂浆采用零刚度和零阻尼的离散梁单元进行模拟，生成含砂浆伤损的车辆-CRTSⅠ型板式无砟轨道垂向耦合振动空间模型的步骤具体包括：

针对机车车辆采用多刚体模型，包括车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂；

针对钢轨采用离散弹性点支承基础上Euler梁模拟，支承点间隔为扣件间距，约束钢轨横向位移；

针对轨道板、底座均采用弹性薄板单元模拟，尺寸和材料参数按实际取值，并忽略凸形挡台及砂浆对轨道板提供的横向弹性约束；

针对扣件、砂浆层和基础支承均考虑为弹簧-阻尼单元，采用垂向离散梁单元进行模拟，并赋予相应的线性刚度和粘性阻尼，伤损区域砂浆弹簧-阻尼单元赋予零刚度和零阻尼。

6.根据权利要求2所述的基于CA砂浆伤损的板式无砟轨道结构评估方法，其特征在于，所述计算并输出显示车辆和轨道系统动力特性的步骤包括：

钢轨、轨道板及底座板动态垂向位移和垂向振动加速度，扣件、砂浆层及基础支承弹簧单元动态垂向力，车体、转向架及轮对垂向振动加速度，轮轨垂向作用力。

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