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《大连理工大学》 2014年
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铁路道碴力学特性的离散元分析

赵金凤  
【摘要】:针对铁路有碴轨道的结构特征,围绕铁路散体道床的基本力学行为与演化规律的问题,采用离散元数值模拟方法,揭示铁路有碴道床的劣化机理。根据散体道床状态与性能的演变,提出预测方法,为有碴轨道的养护维修提供科学依据和理论支撑。散体道床是由不规则、有尖角的道碴颗粒构成。在列车动荷载重复作用下,道碴颗粒相互咬合、重新排列以及破碎直接促使有碴道床的刚度、强度和弹性等宏观力学性能发生变化,进而导致轨道下沉等劣化现象。本论文旨在探明铁路有碴道床的力学行为和劣化机理,揭示散体道床在动荷载的重复作用下的变形规律,以及散体道床的力学性质,并在此基础上开展研究。本文的主要研究工作包括: 1.针对道碴颗粒的非规则几何形貌,采用球形粘结单元模型构造道碴颗粒单元,通过径向加载的方法数值模拟单道碴颗粒破碎的过程,得出道碴颗粒失效的演变过程,确定道碴的破坏强度。 2.通过道碴箱试验的数值模拟,系统分析道碴材质、动载荷频率等物理力学参数对散体道床动力响应的影响规律,研究道碴材料的累积沉降量和有效刚度。通过离散元分析道碴材料的动力过程,有助于揭示道床的变形机理,为研究道床沉降的劣化提供依据。 3.通过直剪试验的数值模拟,判断道碴在横向外载作用下的重新排列过程,以及颗粒间的接触、滑动、滚动摩擦过程,采用镶嵌单元模型构造道碴颗粒单元的非规则形态,着重分析道碴含量对剪切位移和剪切强度的影响,获得在不同道碴含量下道床的抗剪强度和内摩擦角等强度指标。 4.沙体的存在对有碴道床轨道抗剪强度的影响很大,研究不同含量下道碴的空间分布、接触状态对其抗剪切强度的具体影响,并从直剪过程的速度场、水平位移场、旋转角度场等角度分析含沙道床在横向外载作用时,道床内部道碴颗粒的运动情况。并从细观力链等角度分析道碴的抗剪切强度特性,有助于揭示宏观状态下道碴颗粒抗剪切强度及变形机制。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U213.72

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【参考文献】
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