基于离散元方法的有砟轨道道床劣化及轨枕结构优化的研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

目前以客运高速化和货运增重化为特征的现代铁路网已成为我国铁路发展的发展趋势。然而既有有砟轨道路基设计标准低,病害多,抗振和衰减动应力能力差,高速或重载列车通过时必然会增加动应力,使道砟相互作用发生错位,重新排列,磨损破碎以及致密化,导致道床退化现象的发生。而道砟层的恶化,又会导致铁路变形和不均匀沉降,进而影响列车的运行安全甚至导致铁路频繁中断和维护。 因此开展快速重载列车下的道床劣化发展规律和有砟轨道工作性能提升的研究,对减少有砟轨道维护工作盲目性、确保线路运行安全有重要意义。

散体道床从服役伊始,其力学、物理状态就是一个不断劣化的不可逆过程,有道砟粉化、道床脏污、道砟沉降是散体道床状态劣化的三大主要形式。国内外学者针对这三种劣化形式开展了大量的研究工作。s.lobo-guerrero进行了循环荷载下道砟劣化的离散元数值模拟,认为道砟颗粒破裂产生的沉降是造成轨枕沉降的主要因素。indraratna对比分析了劣化道砟与新道砟的物理力学性能差异,发现劣化道砟由于尖角的破裂与消失,相对于新道砟产生了较大的轨枕沉降,并采用三轴试验研究了±工合成材料对増加劣化后散体道床动态稳定性及减少道床累积沉降的效果。McDowell和Lu啲团队在英国诺丁汉大学拥有完备的道砟试验设备,如道砟箱体和动三轴试验设备以及整体道床试验平台,探究了荷载作用下道床强度及变形规律。澳大利亚伍伦贡大学的Indraratna团队[6,1G,12]有道砟箱体试验设备、直剪试验设备和三轴试验设备,如图1-3所示,研究了新型复合材料,如土工布、土工格栅和土工格室等对劣化道砟和脏污道床的固化作用。

针对散体铁路道床在轨道中存在的流变力学特性,高亮等开展了比例轨道结构模型的实验研究和理论分析,给出了有碴道床流变理论模型本构关系,。部春华和周顺华等利用实尺有碴轨道模型试验系统,研宄了人为设定的路基不均勾沉降对有碴轨道沉降的影响,铁轨表面的不均匀沉降与路基的沉降有直接关系。季顺迎等通过循环加载方式,进行了准静态压缩试验,获得了不同含沙量下道適混合体的沉降值与弹性模量,并分析了沙体存在对道床沉降的影响。

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2. 研究的基本内容与方案

研究对象主要是道砟道床、轨枕以及道砟-轨枕系统在不同循环荷载下的动力响应,从而研究其劣化机制。

主要研究方法是运用离散元DEM中的PFC3D软件对其进行仿真模拟,模拟不同形状clump颗粒的道砟以及异型结构的轨枕模型生成办法和编写一套单轨或者多轨枕的道床循环加载程序。建立三维单轨枕或多轨枕有砟轨道模型,把上述道砟模型应用到 “轨枕-道砟箱”动荷载模拟中,研究道床初期急剧沉降的机制,预测重荷载(大载重)和高频率(高速)荷载对道床劣化的影响,并提出引起道床塌陷的临界速度和载重。

3. 研究计划与安排

第1-2周:查阅相关文献资料,明确研究目标与研究内容。确定研究方案,完成开题报告。

第3-5周:了解道床的劣化机制以及循环荷载下道砟的基本力学特性,完成相关轨枕的规范的学习,熟悉掌握相关离散元计算软件pfc3d的使用。

第6-9周:建立三维单轨枕或多轨枕有砟轨道模型,把道砟模型应用到 “轨枕-道砟箱”动荷载模拟中,研究道床初期急剧沉降的机制,预测重荷载(大载重)和高频率(高速)荷载对道床劣化的影响,并提出引起道床塌陷的临界速度和载重;

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4. 参考文献(12篇以上)

  1. 赵金凤. 铁路道碴力学特性的离散元分析[d]. 大连理工大学, 2014.

  2. 张徐, 赵春发, 翟婉明. 循环荷载频率对高速铁路有砟道床累积变形行为的影响[j]. 中国铁道科学, 2017, 38(1):1-8.

  3. 徐旸, 高亮, 杨国涛,等. 道砟颗粒的精细化建模及对道床力学性能影响[j]. 铁道学报, 2014(9):73-78.

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