CRTS I型板式无砟轨道CA砂浆损伤发展规律分析研究

摘要

水泥乳化沥青砂浆(cementandemulsifiedasphaltmortar，CA砂浆)主要应用于中国铁路轨道系统Ⅰ型板式无砟轨道(ChinarailwaytracksystemⅠprefabricatedslabtrack，CRTSⅠ型板式无砟轨道)，具有调整、支承等重要作用。实际运营中，CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆常产生伤损，影响轨道结构受力、变形以及行车安全性、平稳性。本文采用基于损伤力学与Weibull分布理论推导得出的CA砂浆统计损伤本构方程，编写相应的UMAT子程序并验证其合理性，研究实际列车荷载作用下的砂浆损伤情况，具体分析了不同初始弹性模量、不同速度列车作用、板端离缝情况下的CA砂浆损伤发展规律，主要研究内容以及结论如下：　　(1)编写CA砂浆统计损伤本构UMAT子程序，使用ABAQUS建立砂浆有限元模型，不同应变率下的模拟结果与试验数据的相关系数均在0.9747以上，表明了程序的合理性；分析砂浆损伤时发现，加载的应变一定，应变率越大，其损伤反而相对较小。　　(2)建立CRTSⅠ型板式无砟轨道实体模型，嵌入UMAT子程序，采用现场实测客、货车轮轨垂向力，在板端第一扣件位置钢轨上方进行动力加载。假设砂浆无初始损伤，初始弹性模量为100MPa、300MPa、500MPa时：同一初始弹性模量下，CA砂浆损伤主要集中分布在板端3个扣件区域内；初始弹性模量增加，客、货车作用下砂浆的最大损伤均呈现出增加的趋势，且货车作用下砂浆的损伤比客车作用下的大。　　(3)应用前文所建轨道有限元模型，根据现场实测所得不同车速下客、货车轮轨垂向力，分别研究客车速度60km/h、80km/h、110km/h和货车速度50km/h、70km/h、100km/h下CA砂浆的损伤发展，假设砂浆无初始损伤，发现：客、货车作用下，砂浆最大损伤均随速度增高而减小，货车作用下砂浆的损伤比客车作用下的大。　　(4)板端离缝长度为1.5m，离缝高度分别为0.6mm、1.0mm、1.6mm、2.0mm时：客、货车作用下，砂浆的最大损伤均随离缝高度增加呈先增大后减小的态势，客、货车作用下砂浆损伤分别在离缝高度为1.0mm、1.6mm时达到最大；离缝高度增加，最大损伤出现的位置也由砂浆层端区域变为离缝-未离缝衔接部位。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2国内外CA砂浆损伤研究现状

1.2.1CA砂浆损伤试验研究现状

1.2.2CA砂浆损伤本构关系研究现状

1.2.3CA砂浆损伤数值模拟研究现状

1.3主要研究内容和技术路线

1.3.2研究技术路线

第2章 CA 砂浆统计损伤本构模型

2.1.2CA砂浆统计损伤本构方程

2.2UMAT子程序编写

2.2.2CA砂浆损伤本构UMAT子程序编写

2.3CA砂浆有限元模型算例验证

2.3.2CA砂浆应力-应变曲线结果对比

2.3.3不同应变率下CA砂浆损伤发展情况

2.4本章小结

第3章 考虑砂浆损伤的板式无砟轨道有限元模型

3.1.1模型计算参数

3.2考虑砂浆损伤对轨道结构动态响应的影响

3.2.1CA砂浆应力与应变

3.2.2轨道板加速度与位移

3.2.3钢轨加速度与位移

3.3本章小结

第4章 初始弹性模量对CA 砂浆损伤发展的影响

4.2.1初始弹性模量100 MPa时CA砂浆损伤情况

4.2.2初始弹性模量300 MPa时CA砂浆损伤情况

4.2.3初始弹性模量500 MPa时CA砂浆损伤情况

4.2.4不同初始弹性模量下CA砂浆损伤发展规律

4.3本章小结

第5章 列车速度对CA 砂浆损伤发展的影响

5.2不同速度列车作用下CA砂浆损伤情况

5.2.1不同速度客车作用下CA砂浆损伤情况

5.2.2不同速度货车作用下CA砂浆损伤情况

5.2.3不同速度客、货车作用下CA砂浆损伤发展规律

5.3本章小结

第6章 板端离缝高度对CA 砂浆损伤发展的影响

6.2不同板端离缝高度下CA砂浆损伤发展规律

6.2.1客车作用下不同板端离缝高度时CA砂浆损伤情况

6.2.2货车作用下不同板端离缝高度时CA砂浆损伤情况

6.2.3客、货车作用时不同板端离缝高度下砂浆损伤发展规律

6.3本章小结

第7章 结论与展望

7.1本论文主要研究工作及结论

7.2不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文