基于广义瑞利里兹法与模态综合的车辆-轨道系统建模方法与应用

轨道作为一种长尺度组合结构,其本身材料性能、下部基础支撑状态具有十分显著的非均匀或随机特性。本文基于车辆-轨道耦合动力学原理,以广义瑞利里兹法和子结构模态综合法为轨道结构的建模思路,构建了一种适用结构截面尺寸、材料刚度等参数非均匀条件下的列车-轨道动力相互作用模型。先以轨道结构为研究对象,选取改进傅里叶级数作为轨道结构的位移基函数,采用能量泛函变分法获取轨道各子结构的模态并进行截断,结合轨道各子结构之间的边界条件对整个轨道系统矩阵进行降阶,首次将GRRM-CMS用于列车-轨道动力相互作用模型分析。与基于有限单元法的车辆-轨道耦合模型的动力响应结果进行对比,验证了本文模型计算结果准确性,并量化了轨道结构基函数截断项数、模态选取阶数对动力响应收敛性的影响。最后通过几个算例说明了该模型能够开展各种轨道结构参数非均匀条件下的列车-轨道耦合动力学分析,且具有一定的工程可靠性和适用性。