1.一种转辙器区三维轮轨接触模型仿真方法,其特征在于,所述方法包括:基于转辙器区的结构接触特性,对转辙器区轮轨有限元模型施加重力荷载,生成初始静力位移场;基于所述初始静力位移场对轮对执行初始角速度施加,基于初始角速度施加结果确定转辙器区轮轨结构接触特征下的不对称准稳态解;基于所述不对称准稳态解生成用于记录转辙器区每个节点的稳态位移和应力状态的动态松弛文件;加载所述动态松弛文件作为初始状态,执行轮对通过转辙器区的过程模拟,输出实时的动力学响应结果。
2.根据权利要求1所述的转辙器区三维轮轨接触模型仿真方法,其特征在于,所述转辙器区轮轨有限元模型包括:转辙器区钢轨有限元子模型、轮对有限元子模型、轮轨接触单元子模型和支持约束及边界条件子模型;所述转辙器区钢轨有限元子模型用于描述转辙器结构和道岔连接段结构;所述轮对有限元子模型用于描述轮对的静态力学特征;所述轮轨接触单元子模型用于描述轮对踏面与转辙器区钢轨接触面的接触力学特征;所述支持约束及边界条件子模型用于对转辙器区钢轨有限元子模型施加支座边界条件,以及用于对轮对有限元子模型施加自由度约束条件。
3.根据权利要求2所述的转辙器区三维轮轨接触模型仿真方法,其特征在于,对转辙器区轮轨有限元模型施加重力荷载的规则为:将与轮对及簧上质量对应的静态垂向重力荷载按预设工况参数施加于轮对有限元子模型的车轮节点,用于形成轮对作用于转辙器区钢轨表面的初始静力载荷;在轮对作用于转辙器区钢轨表面的初始静力载荷施加完成后,对转辙器区钢轨有限元子模型施加支座边界约束条件,以固定钢轨端部和中间支点位置;在钢轨边界约束施加完成后,激活轮轨接触单元子模型,以通过轮轨接触单元子模型将节点的荷载传递至钢轨表面,获得施加有重力荷载的转辙器区轮轨有限元模型。
4.根据权利要求1所述的转辙器区三维轮轨接触模型仿真方法,其特征在于,生成初始静力位移场的规则为:对施加有重力荷载的转辙器区轮轨有限元模型进行静力平衡计算,以获得轮对节点与钢轨节点在重力荷载和支撑约束共同作用下的初始平衡位移;在静力平衡计算过程中,实时监测轮轨接触单元各接触点的法向力、切向力和接触刚度,直到静力平衡状态收敛,获得收敛条件下各节点位移矢量、节点应力张量和轮轨接触力状态;将获得的节点位移矢量、节点应力张量和轮轨接触力状态作为初始静力位移场。
5.根据权利要求2所述的转辙器区三维轮轨接触模型仿真方法,其特征在于,基于所述初始静力位移场对轮对执行初始角速度施加,基于初始角速度施加结果确定转辙器区轮轨结构接触特征下的不对称准稳态解,包括:基于所述初始静力位移场,将目标初始角速度施加于轮对有限元子模型的车轴转动自由度,并将目标初始角速度同步加载于轮对中各轮子的转动自由度;在初始角速度施加过程中,基于转辙器区轮轨结构接触特征,实时求解轮对转动惯性作用下的离心力场,并确定轮轨接触单元各接触点的轮轨接触参数,以获得不对称准稳态接触状态;基于不对称准稳态接触状态,持续监测不对称准稳态接触状态的物理场参数,直到接触应力状态收敛,将收敛状态下不对称准稳态接触状态的物理场参数作为不对称准稳态解。
6.根据权利要求5所述的转辙器区三维轮轨接触模型仿真方法,其特征在于,所述轮轨接触单元各接触点的轮轨接触参数包括:各接触点的法向力、切向力、接触刚度和接触面积分布中的任意一种或多种;不对称准稳态接触状态的物理场参数包括:轮轨接触点应力、节点应力张量、节点位移矢量和轮轨接触力状态中的任意一种或多种。
7.根据权利要求1所述的转辙器区三维轮轨接触模型仿真方法,其特征在于,基于所述不对称准稳态解生成用于记录转辙器区每个节点的稳态位移和应力状态的动态松弛文件,包括:将所述不对称准稳态解中各节点的物理场参数按节点编号进行分类,获得多个数据集,并基于各数据集形成包含完整物理场状态的准稳态数据结构;将所述准稳态数据结构以动态松弛文件格式记录,获得初始动态松弛文件;其中,动态松弛文件格式中每个数据条目包含对应节点的空间位置、稳态位移、稳态应力、稳态应变和对应接触点的轮轨接触参数;对生成的初始动态松弛文件进行一致性校验,输出一致性校验通过的动态松弛文件。
8.根据权利要求1所述的转辙器区三维轮轨接触模型仿真方法,其特征在于,加载所述动态松弛文件作为初始状态,执行轮对通过转辙器区的过程模拟,输出实时的动力学响应结果,包括:将动态松弛文件中记录的各物理场参数加载至完成重力荷载施加后的转辙器区轮轨有限元模型中,作为仿真初始条件以执行轮对通过转辙器区的过程模拟;在模拟过程中,实时求解转辙器区轮轨有限元模型在离心力、轮轨接触力和支撑约束作用下的动力学响应,并实时输出各轮轨动力学响应参数,作为实时的动力学响应结果。
9.根据权利要求8所述的转辙器区三维轮轨接触模型仿真方法,其特征在于,各轮轨动力学响应参数包括:轮对位移时程、轮轨接触力时程、节点应力变化值、沙漏能变化值和内能变化值中的任意一种或多种。
10.一种转辙器区三维轮轨接触模型仿真系统,其特征在于,所述系统包括:初始单元,用于基于转辙器区的结构接触特性,对转辙器区轮轨有限元模型施加重力荷载,生成初始静力位移场;处理单元,用于基于所述初始静力位移场对轮对执行初始角速度施加,基于初始角速度施加结果确定转辙器区轮轨结构接触特征下的不对称准稳态解;拟合单元,用于基于所述不对称准稳态解生成用于记录转辙器区每个节点的稳态位移和应力状态的动态松弛文件;模拟单元,用于加载所述动态松弛文件作为初始状态,执行轮对通过转辙器区的过程模拟,输出实时的动力学响应结果。