基于ANSYS二次开发的轮轨耦合模型及应用研究

基于ANSYS的二次开发技术，首先利用APDL语言提出一种具有广泛适用性的轮轨耦合相互作用计算方法。在该计算方法中，车辆部分基于多体动力学理论建模，并通过APDL语言编程到ANSYS中，再根据有限元理论对轨道部分进行仿真，充分考虑轮轨非线性接触，车辆系统和轨道系统分别采用显式积分和隐式积分求解。然后，通过与文献中采用交叉迭代算法计算得到的车辆-轨道垂向耦合系统动力响应对比，验证模型和计算方法的正确性。最后，以高速列车-CRTSⅡ型板式无砟轨道为例，利用该方法分析扣件失效数量对耦合系统动力响应的影响。研究结果表明：单个扣件失效对车辆系统的动力响应影响有限，对于钢轨的动力响应影响较大；扣件失效数量的增加会显著增大车轨系统的动力响应，加剧轮轨的磨耗和相邻钢轨扣件的失效。提出的计算方法可以对不同型式的轨道结构和轨下基础进行分析，对于轮轨耦合动力特性的研究具有很好的适用性。