[发明专利]地震作用下高速铁路桥上行车数字孪生精细协同仿真方法

说明书

本发明公开了一种地震作用下高速铁路桥上行车数字孪生精细协同仿真方法，包括以下步骤：建立上部结构子系统数字孪生仿真计算模型；建立下部结构子系统数字孪生仿真计算模型；建立轨道不平顺数字孪生仿真计算模块；得到在轮轨接触面的耦合动力关系；建立地震波数字孪生仿真计算模块；得到上部结构子系统与下部结构子系统之间的数字孪生耦合动力关系；建立弹塑性纤维梁柱单元数字孪生地震仿真分析模块；得到高速列车运行数字孪生安全评价指标。本发明能够针对地震作用下高速铁路桥上行车数字孪生精细协同仿真进行数字化构建，解决地震作用下高速铁路桥上行车物理模型与数据驱动模型精准映射建模、设计、分析、诊断、决策的底层关键技术问题。

技术领域

本发明属于交通运输业桥梁工程技术领域，具体涉及一种地震作用下高速铁路桥上行车数字孪生精细协同仿真方法。

背景技术

截至2021年底，全国高铁营运里程已达4万公里，到2025年，以“八纵八横”为主骨架的高速铁路网将覆盖50万人口以上城市，高铁营运里程将达到5万公里，桥梁结构在大多数高铁线路中占比超过50%。另一方面，我国地震具有活动频度高且具有强度大、震源浅、分布广的特点，西部地区断层和地震带广泛分布，地下构造活动较为活跃。这就意味着地震时高速铁路桥梁上行车的概率大大增加，地震时桥梁的振动对行车安全有显著的影响。

近年来地震时高速铁路桥梁上列车运行安全问题和动力响应特性引起了铁路工程界的广泛关注，并围绕地车辆模型和桥梁模型、轮对和桥梁相互作用模型和地震输入方式等方面开展了深入的研究。但多数研究停留于使用商业软件Simpack和Opensees进行联合仿真，无法做到精细化的数字孪生仿真计算。

针对上述问题，很有必要研究出一套自主可控的地震作用下高速铁路桥上行车数字孪生精细协同仿真方法，用以系统解决准确模拟真实环境中的地震作用下高速铁路桥上行车孪生模型精细协同仿真问题。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种地震作用下高速铁路桥上行车数字孪生精细协同仿真方法。

本发明的技术方案是：地震作用下高速铁路桥上行车数字孪生精细协同仿真方法，包括以下步骤：

A.建立上部结构子系统数字孪生仿真计算模型；

B.建立下部结构子系统数字孪生仿真计算模型；

C.建立轨道不平顺数字孪生仿真计算模块；

D.基于上部结构子系统数字孪生仿真计算模型、轨道不平顺数字孪生仿真计算模块，得到列车和轨道在轮轨接触面的耦合动力关系；

E.建立地震波数字孪生仿真计算模块；

F.基于上部结构子系统数字孪生仿真计算模型、下部结构子系统数字孪生仿真计算模型、得到上部结构子系统与下部结构子系统之间的数字孪生耦合动力关系；

G. 建立弹塑性纤维梁柱单元数字孪生地震仿真分析模块；

H.得到高速列车运行数字孪生安全评价指标。

更进一步的，步骤A建立上部结构子系统数字孪生仿真计算模型，具体过程如下：

首先，高速列车根据拉格朗日方程原理建立振动运动方程；

然后，无砟轨道中的扣件、轨枕、道床板采用参振质量的形式进行模拟；

再后，无砟轨道中的钢轨采用带刚臂单元模拟；

最后，桥梁梁体采用带刚臂单元联合变截面空间梁单元模拟。

更进一步的，步骤B建立下部结构子系统数字孪生仿真计算模型，具体过程如下：

首先，支座采用支座模型进行模拟；