(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210881663.3 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 中国铁路 设计集团有限公司 地址 300308 天津市滨 海新区自贸试验区 (空港经济区)东七道109号 申请人 西南交通大 学 (72)发明人 苏伟　王雨权　勾红叶　刘龙　 王君明　廖立坚　吴军　李洋　 肖畅　李文昊　 (74)专利代理 机构 天津浆果知识产权代理事务 所(普通合伙) 12240 专利代理师 王龑 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 面向材料非线性的地震-车-轨-桥耦合振动 分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种面向材料非线性的地震 ‑ 车‑轨‑桥耦合振动分析方法， 包括以下步骤： 基 于工程实际建立车 ‑轨‑桥振动分析模型； 在车 ‑ 轨‑桥振动分析模型中考虑轮轨作用关系， 形成 车‑轨‑桥耦合振动分析模型； 根据桥址所在场地 条件在车 ‑轨‑桥耦合振动分析模型中输入地震 波， 形成地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析模型； 选 择 合适的材料本构模型； 基于地震 ‑车‑轨‑桥耦合 振动分析模型求解地震作用下桥梁结构响应以 及桥上列车动力响应， 评估行车安全。 本发明能 真实反应结构在地震作用时的弹塑性工作状态， 提高了地震作用下列车 ‑轨道‑桥梁耦合振动分 析的准确率， 为桥梁 方案设计和运营维护工作提 供有力支撑 。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115357971 A 2022.11.18 CN 115357971 A 1.一种面向材料非线性的地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： （A） 基于 工程实际建立车 ‑轨‑桥振动分析模型； （B） 在车 ‑轨‑桥振动分析模型中考虑轮轨作用关系， 形成车 ‑轨‑桥耦合振动分析模型； （C） 根据桥址所在场地条件在车 ‑轨‑桥耦合振动分析模型中输入地震波， 形成地震 ‑ 车‑轨‑桥耦合振动分析模型； （D） 选择合适的材料本构模型， 在地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析模型中考虑材料非线 性； （E） 基于地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析模型求解地震作用下桥梁结构响应以及桥上列 车动力响应， 评估行 车安全。 2.根据权利要求1所述的面向材料非线性的地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析方法， 其特征 在于： 步骤 （A） 基于 工程实际建立车 ‑轨‑桥振动分析模型中， 列车模型的建立方法如下： （a） 将列车 各部件视为刚体， 并忽略车体、 转向架及轮对的弹性变形； （b） 忽略悬挂系统的非线性， 一系和二系悬挂按照线性弹簧及线性阻尼考虑； （c） 忽略车厢间的纵向动力作用， 即组成列车的各节车辆的运动相互独立； （d） 忽略列车启动或制动时的不规则运动， 即不考虑列车各部件沿运行方向的相对振 动。 3.根据权利要求2所述的面向材料非线性的地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析方法， 其特征 在于： 列车模 型中每个刚体应考虑6个振动自由度， 6个振动自由度分别为伸缩、 横摆、 浮沉、 侧滚、 点头和摇头 。 4.根据权利要求1所述的面向材料非线性的地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析方法， 其特征 在于： 步骤 （A） 基于 工程实际建立车 ‑轨‑桥振动分析模型中， 轨道模型的建立方法如下： （a） 进行轨道网格划分， 选中轨道上部的网格节点； （b） 读取生成的随机不平顺表格； （c） 沿轨道长度方向改变所选中节点的空间坐标； （d） 最终建立存在随机不平顺的钢轨 子模型。 5.根据权利要求4所述的面向材料非线性的地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析方法， 其特征 在于： 进行轨道网格划分过程中， 具体考虑过程如下： 首先、 要考虑建模桥梁的总跨度需为轨道单 元纵向长度的整数倍； 其次、 要考虑建模的方便性。 6.根据权利要求1所述的面向材料非线性的地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析方法， 其特征 在于： 步骤 （B） 在车 ‑轨‑桥振动分析模 型中考虑轮轨作用关系， 形成车 ‑轨‑桥耦合振动分析 模型， 具体过程如下： 将轮轨接触关系设置为法向赫兹接触、 切向摩擦接触， 并在模型中通过表面与表面接 触的方式进行施加。 7.根据权利要求1所述的面向材料非线性的地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析方法， 其特征 在于： 步骤 （C） 根据桥址所在场地条件在车 ‑轨‑桥耦合振动分析模型中输入地震波， 形成地 震‑车‑轨‑桥耦合振动分析模型中， 地震 波包括天然地震 波和人工合成的地震 波。 8.根据权利要求1所述的面向材料非线性的地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析方法， 其特征权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115357971 A 2在于： 步骤 （D） 选择合适的材料本构模型， 在地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动 分析模型中考虑材料 非线性中， 材 料选择包括混凝 土和钢材。 9.根据权利要求8所述的面向材料非线性的地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析方法， 其特征 在于： 所述混凝土采用塑性损伤模型， 假定 混凝土的破坏形式为拉裂和压碎， 用混凝土损伤 因子来模拟由损伤引起的弹性刚度退化， 来进行模型中混凝 土材料非线性的计算。 10.根据权利要求1所述的面向材料非线性的地震 ‑车‑轨‑桥耦合振动分析方法， 其特 征在于： 所述钢材采用双折线模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115357971 A 3