(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211140235.1 (22)申请日 2022.09.20 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115221597 A (43)申请公布日 2022.10.21 (73)专利权人 西南交通大 学 地址 610000 四川省成 都市金牛区二环路 北一段 (72)发明人 勾红叶　刘畅　王君明　赵天祺　 谭庄　李文浩　彭烨　杨浩哲　 (74)专利代理 机构 成都精点专利代理事务所 (普通合伙) 51338 专利代理师 周建 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 104036087 A,2014.09.10 CN 110688786 A,2020.01.14 CN 102880767 A,2013.01.16 US 20102426 09 A1,2010.09.3 0 CN 104063543 A,2014.09.24 CN 102880767 A,2013.01.16 审查员 唐婧婧 (54)发明名称 一种高速行车激励下桥梁-轨道结构振动能 量评估方法 (57)摘要 本发明提供了一种高速行车激励下桥梁 ‑轨 道结构振动能量评估 方法， 通过该方法建立了桥 梁‑轨道结构振动能量分析模型， 通过该模型计 算出平均振动能量及振动能量传递率等评估指 标， 利用这些评估指标来判断产生了附加变形的 高速铁路桥梁各层间结构的振动能量变化规律， 通过各层间结构功率流计算出平均振动能量及 振动能量传递率， 相较于传统的评价方法， 本发 明的方法十分快速便捷， 能够更为全面综合地分 析研究桥梁 ‑轨道结构振动特性。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115221597 B 2022.12.13 CN 115221597 B 1.一种高速行车激励下桥梁 ‑轨道结构振动能量评估方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤S101， 将实测或假设的桥梁结构的附加变形参数输入到桥梁 ‑轨道变形映射模型， 计算得到实际或假设状况 下的由桥梁附加变形引起的轨道附加变形即轨道附加不平顺； 步骤S102， 利用轨道谱生成轨道随机不平顺样本， 将上述轨道附加不平顺与轨道随机 不平顺相互叠加形成新轨道不平顺样本， 然后 将新轨道不平顺样本作为系统激励输入车轨 桥耦合振动模型， 计算特定行 车速度下的垂向轮轨力和横向轮轨力； 步骤S103， 将桥梁 ‑轨道结构有限元模型的层间结构离散为弹簧单元， 从而构 建计算振 动能量的有限元模型； 步骤S104， 通过对所构建的计算振动能量的有限元模型施加简谐力进行扫频分析， 并 与现场实测数据及参考文献进 行对比， 验证所构建的所述计算振动能量的有限元模型在分 析桥梁‑轨道结构振动特性时的准确性； 步骤S105， 基于功率 流理论对单个节点功率 流进行计算； 步骤S106， 采用显示动力学或隐式动力学方法计算， 得到桥梁 ‑轨道结构有限元模型中 各个弹簧单元的力和各个节点的在时间t条件 下的速度， 利用MATLAB对其进 行傅里叶变换， 得到在任意频率 k处的节点速度Vi(k)和弹簧力Fi(k)； 步骤S107， 取一定长度内的钢轨、 轨道板、 底座板、 桥梁节点计算功率流， 并计算得到各 层结构的总功率 流； 步骤S108， 将各层结构的总功率 流转化为相对功率 流； 步骤S109， 计算结构的平均振动能量和振动能量传递率， 然后通过观察、 比较平均振动 能量和振动能量传递 率， 分析和评估 振动能量传递特性。 2.根据权利要求1所述的一种高速行车激励下桥梁 ‑轨道结构振动能量评估方法， 其特 征在于， 步骤S103中， 离散后弹簧刚度按照公 式Keq=E×Aeq÷heq计算， 其中E为材料的弹性模 量， Aeq为离散区域的面积， heq为离散材料的厚度， Keq为离散后弹簧刚度。 3.根据权利要求1或2所述的一种高速行车激励下桥梁 ‑轨道结构振动 能量评估方法， 其特征在于， 步骤S10 4中， 扫频分析时， 利用公式 计算得到桥梁 ‑轨道各 层间结构的速度导纳， 其中， 为频率在ω时结构速度的响应值， 为频率在ω时的 输入结构的激励力， 为频率在ω时计算得到的桥梁 ‑轨道各层间结构的速度导纳。 4.根据权利要求3所述的一种高速行车激励下桥梁 ‑轨道结构振动能量评估方法， 其特 征在于， 步骤S105具体为， 瞬态条件下单个节点功率流按照公式 计算， 稳态条 件下单个节点功率流按照公式 计算， 其中F为作用于结构中某点处的外力， V 为作用位置处产生的速度响应， t为时间， k为频率， P为瞬态条件下单个节点功率流， P＇ 为稳 态条件下 单个节点功率 流。 5.根据权利要求4所述的一种高速行车激励下桥梁 ‑轨道结构振动能量评估方法， 其特权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115221597 B 2征在于， 步骤S107中， 利用式 计算得到各层结构 的总 功率流P(k)， 将钢轨与扣件弹簧连接处各节点的功 率流之和作为输入轨道系统的总功 率流 Pr， 取轨道板与所有弹簧 连接处各节点的功率流之和为输入轨道板的总功率流Pt， 取底座板 与所有弹簧连接 处各节点的功率流之和为输入底座板的总功率流Pd， 取桥梁与滑动层弹簧 的所有节点功率流之和作为输入桥梁的总功率流Pb， 其中， Re表示取复数实部， *表示取共 轭复数， k 为频率， n 为所选区域的总节点数。 6.根据权利要求5所述的一种高速行车激励下桥梁 ‑轨道结构振动能量评估方法， 其特 征在于， 步骤S108中， 采用公式 进行转化， 为频率k对应 的结构总功率流， P0为基准功率流， 表示将各层结构的总功率流转化为的相对功率 流。 7.根据权利要求6所述的一种高速行车激励下桥梁 ‑轨道结构振动能量评估方法， 其特 征在于， 步骤S109中， 平均振动能量Pa通过式 计算， 振动能量传递率RT通过 式 计算， Pxd弹性元件连接的下层结构的相对功率流， Pxu弹性元件连接的上 层结构的相对功率 流。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115221597 B 3