强冲击条件下铁路路基动态响应敏感度分析

吴卫民，马大为，朱忠领

（南京理工大学机械工程学院，南京 210094）

0 引言

近年来我国铁路得到飞跃的发展，铁路线纵横交错。在如此大而复杂的铁路系统中，铁路运行的安全尤为重要。在列车受到垂向强冲击载荷时，铁路路基受到较大的影响。

目前的方法是：在受到垂向冲击载荷时，用液压支腿将其加到铁轨上或者将其加到道床上。无论是哪一种的方式都会对路基产生较大的影响，导致铁路路基产生较大的变形，较高的应变率。而铁路路基内部的相互挤压的应力[1]作用使得各个材料产生不同程度的破坏。这样会影响稳定性和列车行驶的安全。结合目前公路场坪研究的进展[2-3]，研究方法主要为在显示动态计算，这种方法具有较大的建模难度，计算消耗时间较长，难以满足其快速高效的计算需求。

本文在研究铁路各层材料的特性、塑性损伤本构关系，建立了与铁路路基相对应的数值模型；通过试验设计以及响应面（RSM）模型方法，建立了高效计算模型；并且对其动态相应的主要因素进行敏感度分析。

1 数值模型的建立

本文对铁路路基进行研究[4-5]，路基从上往下依次为铁轨、轨枕、道床、基床表层、基床底层、基床以下路堤和地基。其中轨枕有一部分是嵌在道床里的，不同的深度将产生不同程度的影响。轨枕及其以下各个层的厚度为 H1，H2，H3，H4，H5，H6；相对应的每层材料的弹性模量分别用 E1，E2，E3，E4，E5，E6，铁轨采用国家标准的材料，用E0表示；轨枕在道床里的深度用H0表示，见图1所示：