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基于DEM-FDM耦合的普通铁路碎石道床-土质基床界面接触应力分析

肖军华 张德 王延海 郭佳奇

肖军华, 张德, 王延海, 郭佳奇. 基于DEM-FDM耦合的普通铁路碎石道床-土质基床界面接触应力分析[J]. 工程力学, 2018, 35(9): 170-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0422
引用本文: 肖军华, 张德, 王延海, 郭佳奇. 基于DEM-FDM耦合的普通铁路碎石道床-土质基床界面接触应力分析[J]. 工程力学, 2018, 35(9): 170-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0422
XIAO Jun-hua, ZHANG De, WANG Yan-hai, GUO Jia-qi. STUDY ON INTERFACE STRESS BETWEEN BALLAST AND SUBGRADE FOR TRADITIONAL RAILWAY BASED ON COUPLED DEM-FDM[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(9): 170-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0422
Citation: XIAO Jun-hua, ZHANG De, WANG Yan-hai, GUO Jia-qi. STUDY ON INTERFACE STRESS BETWEEN BALLAST AND SUBGRADE FOR TRADITIONAL RAILWAY BASED ON COUPLED DEM-FDM[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(9): 170-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0422

基于DEM-FDM耦合的普通铁路碎石道床-土质基床界面接触应力分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0422
基金项目: 国家自然科学基金项目(51678447);高速铁路线路工程教育部重点实验室开放研究基金项目(2015-HRE-03)
详细信息
    作者简介:

    张德(1990-),男,江苏人,博士生,主要从事铁路路基动力学研究(E-mail:dz2015@tongji.edu.cn);王延海(1994-),男,安徽人,硕士生,主要从事铁路路基动力学研究(E-mail:2539607905@qq.com);郭佳奇(1993-),男,山西人,硕士生,主要从事铁路路基动力学研究(E-mail:class5126386@163.com).

    通讯作者: 肖军华(1980-),男,湖北人,教授,博士,主要从事铁路路基动力学研究(E-mail:jhxiao@tongji.edu.cn).
  • 中图分类号: U213.7+1

STUDY ON INTERFACE STRESS BETWEEN BALLAST AND SUBGRADE FOR TRADITIONAL RAILWAY BASED ON COUPLED DEM-FDM

  • 摘要: 引入离散元法(DEM)-有限差分法(FDM)耦合算法对普通铁路碎石道床-土质基床的界面应力进行分析。首先,基于激光扫描以及室内三轴试验,实现碎石道砟颗粒二维精细化离散元建模,并通过设置界面单元进行道砟与土两类不同介质层间速度与力的相互传递,实现离散元法与有限差分法耦合,建立了轨枕-碎石道床-连续土体耦合模型,并通过现场实测结果验证模型的合理性。在此基础上,计算列车通过时耦合模型中基床动应力分布特征,讨论轨枕-道床接触状态对其影响,并将计算结果与轨枕-道床-基床的整体有限元模型的计算结果进行对比。结果表明,轨枕-道床未完全密贴接触状态下,道床中力链呈离散型传递,反之,道床中力链呈向下扩散发展;两种接触状态下,基床表面应力分布差别显著,但是应力峰值接近。耦合模型得到的基床表面应力峰值显著高于有限元模型的计算结果;耦合模型中因道砟散体特性引起的基床表面局部应力集中,在路基中的影响深度约为道砟最大粒径(63 mm)的8倍,即近似基床表层深度。
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-05
  • 修回日期:  2017-11-15
  • 刊出日期:  2018-09-29

基于DEM-FDM耦合的普通铁路碎石道床-土质基床界面接触应力分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0422
    基金项目:  国家自然科学基金项目(51678447);高速铁路线路工程教育部重点实验室开放研究基金项目(2015-HRE-03)
    作者简介:

    张德(1990-),男,江苏人,博士生,主要从事铁路路基动力学研究(E-mail:dz2015@tongji.edu.cn);王延海(1994-),男,安徽人,硕士生,主要从事铁路路基动力学研究(E-mail:2539607905@qq.com);郭佳奇(1993-),男,山西人,硕士生,主要从事铁路路基动力学研究(E-mail:class5126386@163.com).

    通讯作者: 肖军华(1980-),男,湖北人,教授,博士,主要从事铁路路基动力学研究(E-mail:jhxiao@tongji.edu.cn).
  • 中图分类号: U213.7+1

摘要: 引入离散元法(DEM)-有限差分法(FDM)耦合算法对普通铁路碎石道床-土质基床的界面应力进行分析。首先,基于激光扫描以及室内三轴试验,实现碎石道砟颗粒二维精细化离散元建模,并通过设置界面单元进行道砟与土两类不同介质层间速度与力的相互传递,实现离散元法与有限差分法耦合,建立了轨枕-碎石道床-连续土体耦合模型,并通过现场实测结果验证模型的合理性。在此基础上,计算列车通过时耦合模型中基床动应力分布特征,讨论轨枕-道床接触状态对其影响,并将计算结果与轨枕-道床-基床的整体有限元模型的计算结果进行对比。结果表明,轨枕-道床未完全密贴接触状态下,道床中力链呈离散型传递,反之,道床中力链呈向下扩散发展;两种接触状态下,基床表面应力分布差别显著,但是应力峰值接近。耦合模型得到的基床表面应力峰值显著高于有限元模型的计算结果;耦合模型中因道砟散体特性引起的基床表面局部应力集中,在路基中的影响深度约为道砟最大粒径(63 mm)的8倍,即近似基床表层深度。

English Abstract

肖军华, 张德, 王延海, 郭佳奇. 基于DEM-FDM耦合的普通铁路碎石道床-土质基床界面接触应力分析[J]. 工程力学, 2018, 35(9): 170-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0422
引用本文: 肖军华, 张德, 王延海, 郭佳奇. 基于DEM-FDM耦合的普通铁路碎石道床-土质基床界面接触应力分析[J]. 工程力学, 2018, 35(9): 170-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0422
XIAO Jun-hua, ZHANG De, WANG Yan-hai, GUO Jia-qi. STUDY ON INTERFACE STRESS BETWEEN BALLAST AND SUBGRADE FOR TRADITIONAL RAILWAY BASED ON COUPLED DEM-FDM[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(9): 170-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0422
Citation: XIAO Jun-hua, ZHANG De, WANG Yan-hai, GUO Jia-qi. STUDY ON INTERFACE STRESS BETWEEN BALLAST AND SUBGRADE FOR TRADITIONAL RAILWAY BASED ON COUPLED DEM-FDM[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(9): 170-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0422
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