Evaluation and prediction of track condition by commercial vehicular response considering material damage law and deterioration model

考虑材料损伤规律和劣化模型的商用车辆响应评估和预测轨道状况

• 批准号: 22K04281
• 负责人: 蘇 迪
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04281/
• 关键词: 軌道評価; 弾性軌道; MBS-FEM手法; 材料損傷則; 維持管理工学; 劣化数理モデル

本研究では、スマートフォンにより観測した営業車両の応答から軌道状態を推定し、繰り返し計測の精度を向上させるとともに、劣化数理モデルを用いた損傷の推移予測について検証を行う。本年度は、レールの継ぎ目を軌道形状として近似的に導入する手法で検討しながら、弾性軌道構造走行シミュレーションを構築した。1.レールの継ぎ目は、曲げ剛性が低下する箇所であり、車両走行時には鉛直方向の衝撃的な応答が発生し、脆弱な部位となっている。本研究では、マルチボディシミュレーションソフトウェアのSimpackを利用して、継ぎ目形状をレールの形状変化としてモデル化する手法を採用した。継ぎ目の遊間・深さのほか、左右のレールの形状も含めてモデル化し、三角関数を用いて近似した。2.スラブ軌道鉄道においては、道床とまくらぎ、まくらぎとレールの間、弾性支持のパッドが入っており、レール曲げ疲労や材料の摩耗に影響が生じる。本研究では、車両と軌道の動的相互作用を研究するために、軌道構造の弾性変形を考慮した高度な非線形車輪レール接触モデルを含む、列車-軌道システムの包括的なシミュレーションツールを使用した。このモデルは、SIMPACKとABAQUSを組み合わせて構築され、MBSとFEMを統合したシステマティックなモデリングを可能にした。3.本研究では、軌道と車両の動的相互作用を考慮した振動解析を行い、金属材料の摩耗構成則に基づいて評価を行うことで、振動と損傷の相互作用効果、つまり凹凸の成長機構を解明することが期待される。本年度、Archardの摩耗理論をHertz理論とFASTSIMアルゴリズムと併用してレールの摩耗を計算した。Hertz理論は接触パッチの法線力計算の問題を解決するために使用され、FASTSIMアルゴリズムは主にクリープ力の計算に使用された。

在这项研究中，我们将根据使用智能手机观察到的商用车辆的响应来估计轨道状态，提高重复测量的准确性，并使用恶化数学模型验证损坏趋势的预测。今年，我们构建了弹性轨道结构运行模拟，同时考虑了将钢轨接头近似引入轨道形状的方法。 1、钢轨接头是弯曲刚度降低的地方，车辆行驶时会产生垂直冲击响应，是易损部位。在本研究中，我们使用多体仿真软件 Simpack 将接头形状建模为轨道形状的变化。除了接头的间隙和深度之外，还使用三角函数对左右导轨的形状进行建模和近似。 2、板式轨道铁路中，道床与枕木之间、枕木与钢轨之间均设置弹性支撑垫，影响钢轨弯曲疲劳和材料磨损。在这项研究中，我们使用了列车-轨道系统的综合仿真工具，包括考虑轨道结构弹性变形的先进非线性轮轨接触模型，来研究车辆与轨道之间的动态相互作用。该模型是通过SIMPACK和ABAQUS相结合构建的，实现了MBS和FEM集成的系统建模。 3. 本研究中，我们进行考虑轨道与车辆动态相互作用的振动分析，并基于金属材料的磨损本构规律进行评估，从而阐明振动与损伤之间的相互作用效应，即希望这有助于澄清这个问题。今年，我们使用Archard磨损理论结合赫兹理论和FASTSIM算法来计算钢轨磨损。赫兹理论用于解决接触面法向力的计算问题，FASTSIM算法主要用于计算蠕变力。