(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210604560.2 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 中国铁路南宁局集团有限公司 地址 530029 广西壮 族自治区南宁市青秀 区佛子岭路21号 申请人 华东交通大 学 (72)发明人 黄坤亮　张金强　卢容仁　韦裕霖　 陈爱峰　刘庆杰　黄明远　冯青松　 (74)专利代理 机构 南宁智卓专利代理事务所 (普通合伙) 4512 9 专利代理师 邓世江 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种基于道岔尖轨应变的列车过岔轮轨力 识别方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于道岔尖轨应变的列 车过岔轮轨力识别方法， 将若干应变片粘贴在尖 轨的不同跨中位置上， 用于感应测量列车通过时 尖轨的轮轨力应变 响应数据； 建立道岔尖轨区域 的有限元分析模 型， 然后通过有限元分析模型推 导建立尖轨应变响应与轮轨力移动荷载的状态 传递方程， 根据状态传递方程及轮轨力应变数据 进行求解列车过岔轮轨力。 本发 明能快速计算识 别列车通过道岔轮轨力， 能够快速知道列车经过 岔区测点时的轮轨力时程变化、 轮轨力幅值等特 征信号， 可以及时了解列车过岔动态情况， 其识 别分析过程具有用时少、 精度高等优点， 对道岔 区轨道安全性评估具有一定的指导 意义。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115062506 A 2022.09.16 CN 115062506 A 1.一种基于道岔尖轨应变的列车过岔轮轨力识别方法， 其特征在于： 将若干应变片粘 贴在尖轨的不同跨中位置上， 用于感应测量列车通过时尖轨的轮轨力应变响应数据； 建立 道岔尖轨区域的有限元分析模型， 然后通过有限元分析模型推导建立尖轨应变响应与轮轨 力移动荷载的状态传递方程， 根据状态传递方程及轮轨力应变数据进 行求解列车过岔轮轨 力。 2.根据权利要求1所述的一种基于道岔尖轨应变的列车过岔轮轨力识别方法， 其特征 在于： 所述道岔尖轨区域的有限元分析模型满足： M、 C、 K分别为尖轨的质量、 阻尼和刚度矩阵； y(t)、 分别为轮轨的位移、 速度和 加速度响应； NF(t)F(t)表示为轮轨每时刻对应的等效节点荷载， F(t)为每时刻任意点的轮 轨接触力， NF(t)为对应时刻分配 轮轨接触荷载为 等效节点荷载的荷载分配插值 函数矩阵。 3.根据权利要求1所述的一种基于道岔尖轨应变的列车过岔轮轨力识别方法， 其特征 在于： 根据状态传递方程及轮轨力应 变数据进行求 解列车过岔轮轨力包括如下步骤： 步骤一： 将轮轨接触力等效简化为轮轨力移动荷载F(t)形式， 以及将尖轨部分结构按 照轨枕支撑 离散为多个支撑单 元； 步骤二： 对每一支撑单元上任意时刻的轮轨力移动荷载辅以插值函数NF1， NF2、 NF3和 NF4； 步骤三： 根据Newmark显示表达法引入积分参数γ和β， 然后选择时间步长Δt， 再计算 积分常数， 其中参数γ和β 分别满足： γ≥0.50, β ≥0.25(0.5+γ)2 c6＝Δt(1‑γ)， c7＝γΔt； 步骤四： 结合限元分析模型和Newmark法公式， 求解第i个Δt时刻的动力响应， 则第i个 Δt时刻的动力响应方程 为： 当轨道的初始状态响应为0， 即i＝0时， y0＝0、 所以上式最终表达 为： 步骤五： 根据动力响应方程计算出限元分析模 型中结构节点动力响应 y(t)、 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115062506 A 2将节点动力响应转换为每一监测点处对应的两侧节点位移响应， 然后通过两侧节点位移 求 解跨中最终监测点 位移响应； 步骤六： 根据跨中监测点位移响应与对应节点位移响应的对应关系， 求解出轮轨力移 动荷载的状态传递方程， 根据状态传递方程 求解列车过岔轮轨力。 4.根据权利要求3所述的一种基于道岔尖轨应变的列车过岔轮轨力识别方法， 其特征 在于： 在步骤六中， 将监测 点跨中位移响应与对应节点位移响应的对应关系转换为跨中位 移响应w(xw(t),t)与对节点应 变响应 ε(xw(t),t)的关系， 跨中位移响应与应 变响应关系满足： 式中yf为应变片粘贴与尖轨中性轴之间的垂直距离； 监测点跨中位移响应满足： W(t)＝Nw(t)Z(t)＝Nw(t)HLF(t)； Nw(t)为节点位移转换为跨中位移的插值函数矩阵， Z(t)为跨中最终监测点对应节点处 的输出响应， HL为应变响应与移动荷载的最终传递系数矩阵； 则轮轨力移动荷载即列车 过岔轮轨力终表达式满足： 5.根据权利要求4所述的一种基于道岔尖轨应变的列车过岔轮轨力识别方法， 其特征 在于： 跨中最终监测点对应节点处的输出响应Z(t)满足： 其中， Ra为加速度响应 对应的提取矩阵， Rv为速度响应 对应的提取矩阵， Rd为位 移响应y(t)的提取矩阵。 6.根据权利要求3所述的一种基于道岔尖轨应变的列车过岔轮轨力识别方法， 其特征 在于： 所述插值 函数NF1， NF2、 NF3和NF4分别满足： 其中， xF(t)为任意时刻的轮轨接触力所在单元距左侧节点的位置， l为一个支撑单元的 长度； NF1、 NF2分别为对应单元左节点的位移插值函数与转角插值函数， NF3、 NF4分别为对应 单元右节点的位移插值 函数与转角插值 函数。 7.根据权利要求2所述的一种基于道岔尖轨应变的列车过岔轮轨力识别方法， 其特征 在于： 所述步骤一中， 将尖轨部 分结构按照轨枕支撑离散为多个支撑单元按如下进 行： 在每 时刻对应的等效节点荷载的数量按照列车轮对形式， 对整 条轮轨按照轨枕支撑离散为多个权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115062506 A 3