【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轨道结构服役状态评估，尤其涉及一种轨道结构长期服役状态评估的多源异构数据反馈映射的数字孪生方法。
技术介绍
1、在基础大变形地段无砟轨道结构施工和运营中，由于基础大变形区段内无砟轨道结构刚度较大，受到基础变形作用之后，无砟轨道会发生结构变形，最终作为一种不平顺的激励作用施加于在轨道结构上部行驶的车辆本身，对车辆的动力学性能响应有较大影响。同时基础大变形会对轨道结构本身产生损伤甚至破坏，严重影响轨道结构长期服役健康。
2、目前，现有技术中的针对基础变形区段例如路基冻胀和沉降区的检测和监测方法存在监测周期长、反馈时间滞后和无法精确反映无砟轨道结构状态变化及评估轨道结构服役寿命等问题。无法及时反映基础变形影响下轨道结构的服役性能演变以及对车辆动力学效应的影响，不能及时反馈进行无砟轨道养护维修和车辆安全性评估，仿真数据和实测数据之间存在联系较为薄弱等诸多问题，同时仿真结果无法直接被全流程轨道结构服役状态评估及预测进行使用。
3、现有路基冻胀和沉降区的检测和监测方法无法实现检测监测数据的可视化展示和反馈，不能直观展示各个测点的测量位置及测量数据，不能全面准确描述和不能对基础大变形的长期变化进行预测和进行有效展示，无法实现数据实时反馈可视化呈现和有效修正，同时仿真结果和现场监测数据之间无法实现实时分钟级往复反馈修正和仿真结果的优化计算分析。
技术实现思路
1、本专利技术的实施例提供了一种轨道结构长期服役状态评估的多源异构数据反馈映射的数字孪生方法，以实现有
2、为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
3、一种轨道结构长期服役状态评估的多源异构数据反馈映射的数字孪生方法，包括：
4、通过传感器对无砟轨道结构现场进行监测，获取无砟轨道结构的结构变形及位移数据和应力、应变、裂缝和离缝宽度数据，其中结果变形及位移数据作为有限元模型的输入数据，应力、应变、裂缝和离缝宽度数据作为模型修正参数，同时作为监测数据建立监测数据模型；
5、采用abaqus有限元软件和多体动力学软件构建车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型，将无砟轨道结构的基础变形参数数据以及轨道结构及车辆本身的参数数据输入到所述车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型中，所述车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型输出车辆动力学响应数据；
6、建立轨道结构服役状态分析的有限元仿真模型，将无砟轨道结构的结构变形、位移数据和基础变形参数数据输入到所述轨道结构服役状态仿真分析模型中，输出不同基础变形作用下轨道结构服役状态数据，根据轨道结构服役状态评价指标确定轨道结构安全服役的分级预警阈值；
7、设置数字孪生模型包括有限元模型、虚拟模型和实际模型，采用基于仿真计算结果与分析数据耦合反馈仿真修正的方法进行数字孪生模型中的有限元模型的计算和修正，实现数字孪生模型中虚拟模型和实际模型之间的相互对应；
8、采用所述车辆-轨道耦合动力学模型和所述轨道结构服役状态评估模型作为仿真模型，将所述车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型输出的车辆动力学响应数据和所述轨道结构服役状态分析模型输出的不同基础变形作用下轨道结构服役状态数据作为仿真结果数据；
9、将实测的钢轨横向和垂向的位移监测数据、轨道结构表面应力实测数据及轨道结构位移数据、轨道结构离缝和裂缝宽度实测数据、车辆动力学和轨道结构服役状态实测数据输入到所述数字孪生模型，结合车辆动力学仿真数据和不同基础变形作用下轨道结构服役状态仿真数据，采用数字孪生模型输出经过修正的轨道结构服役状态数据及车辆动力学响应数据；
10、采用深度学习对修正后的数字孪生模型数据进行预测和扩充，实现分钟级模型计算结果呈现；
11、采用深度学习方法考虑对模型的仿真计算结果进行预测和线性内插，通过仿真计算出的计算结果采用lstm神经网络进行预测和线性插值，从时域角度实现基础变形产生结果的全流程覆盖和全空间分析；
12、采用数字孪生模型数据结合深度学习方法进行轨道结构服役状态评估和预测；
13、轨道结构服役状态分析评估模型的输入数据为采用数字孪生模型计算出的经过修正的车辆动力学仿真数据和轨道结构服役状态数据，结合步骤3仿真计算出的分级预警阈值，输出数据为对轨道结构安全服役状态的判断数据，即对轨道结构安全服役状进行合理分区。
14、优选地，所述的方法还包括：
15、实现数字孪生模型数据的小型化，建立基础大变形地段的三维数字模型，建立数据展示平台，实现数字孪生数据的实时可显示。
16、优选地，所述的采用abaqus有限元软件和多体动力学软件构建车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型，将无砟轨道结构的基础变形参数数据以及轨道结构及车辆本身的参数数据输入到所述车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型中，所述车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型输出车辆动力学响应数据，包括：
17、根据abaqus软件计算出的无砟轨道结构应力应变及结构变形结果，采用现场实测数据对有限元仿真模型进行修正，结合数字孪生模型生成下一步深度学习计算的数据，在计算仿真数据库的仿真数据获取方面，采用有限元软件abaqus及多体动力学软件simpack和um，综合考虑计算效率，建立车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型；
18、在车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型中，将钢轨建立成梁单元或者实体单元，作为和行驶中的列车直接接触的轨道结构设施；将扣件采用连接器单元进行建立，模拟扣件系统的刚度和阻尼；将轨道板、自密实混凝土和底座板均采用实体单元进行模拟，同时对隧道衬砌采用实体单元，同时简化部分尺寸，对外部岩体采用接地弹簧或者无限元法考虑岩土结构的支承作用，同时可以考虑各层结构之间的接触关系以及分层结构的受力情况；
19、进行计算车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型的边界条件和荷载加载边界的确定，将传感器采集的无砟轨道结构的结构变形数据和应力变形数据作为计算仿真数据库中的计算初始条件，根据各部分数据综合判断基础变形的形式和基本参数，针对基础大变形工况拟合出变形的波长和波深情况；针对断层错断情况分析出断层的变化形式、断层和线路本身的错断角度基本变形参数，之后采用三维非线性曲线施加强制位移实现对基础大变形的模拟；
20、根据大变形地段车辆的基本参数，建立车辆的运动模型，根据赫兹非线性接触理论建立轮轨接触关系，实现轮轨垂横向力及车体加速度评价指标的计算，采用既有研究报告进行车辆动力学响应的对比验证，之后进行不同基础大变形幅值、不同作用位置及不同车速影响下车辆动力学性能响应的分析判断。
21、优选地，所述的建立轨道结构服役状态分析模型，包括：
22、根据材料的弹塑性损伤参数，结合室内实验数据建立弹塑性损伤模型，利用弹塑性损伤模型分析无砟轨道结构在长期运营条件下结构材料性能的演变规律，分析无砟轨道结构在长期本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轨道结构长期服役状态评估的多源异构数据反馈映射的数字孪生方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的无砟轨道结构长期服役状态评估的数字孪生方法，其特征在于，所述的方法还包括：
3.根据权利要求1所述的无砟轨道结构长期服役状态评估的数字孪生方法，其特征在于，所述的采用ABAQUS有限元软件和多体动力学软件构建车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型，将无砟轨道结构的基础变形参数数据以及轨道结构及车辆本身的参数数据输入到所述车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型中，所述车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型输出车辆动力学响应数据，包括：
4.根据权利要求1所述的无砟轨道结构长期服役状态评估的数字孪生方法，其特征在于，所述的建立轨道结构服役状态分析模型，包括：
5.根据权利要求1所述的无砟轨道结构长期服役状态评估的数字孪生方法，其特征在于，所述的采用基于仿真计算结果与分析数据耦合反馈仿真修正的方法进行数字孪生模型中的有限元模型的计算和修正，实现数字孪生模型中虚拟模型和实际模型之间的相互对应，包括；
6.根据权利要求
...【技术特征摘要】
1.一种轨道结构长期服役状态评估的多源异构数据反馈映射的数字孪生方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的无砟轨道结构长期服役状态评估的数字孪生方法，其特征在于，所述的方法还包括：
3.根据权利要求1所述的无砟轨道结构长期服役状态评估的数字孪生方法，其特征在于，所述的采用abaqus有限元软件和多体动力学软件构建车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型，将无砟轨道结构的基础变形参数数据以及轨道结构及车辆本身的参数数据输入到所述车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型中，所述车辆-无砟轨道-基础大变形耦合分析模型输出车辆动力学响应数据，包括：
4.根据权利要求1所述的无砟轨道结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖宏，高彦嵩，魏绍磊，张智海，王阳，迟义浩，陈广生，孙陶陶，王梦，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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