道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置、方法及系统

摘要

本发明提供了一种道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置、方法及系统，涉及轨道交通领域。通过依据加载曲线峰值点处的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数、初始弹性刚度以及预设定的初始比例系数常数建立道床纵向阻力滞回性能测试模型，通过获取的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数、初始弹性刚度以及建立的道床纵向阻力滞回性能测试模型，用户可依据上述的参数可分析出模拟循环往复纵向荷载下有砟道床的受力状态，周期性荷载下的有砟道床的弹塑性变形规律，从而为技术人员对实际道床纵向阻力滞回性能测试以及掌握长期服役状态下道床纵向阻力性能的演变提供参考。

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，具体而言，涉及一种道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置、方法及系统。

背景技术

道床是轨道的重要组成部分，是轨道框架的基础。道床通常指的是铁路轨枕下面，路基面上铺设的石砟(道砟)垫层。主要作用是支撑轨枕，把轨枕上部的巨大压力均匀地传递给路基面，并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动，大大减少路基变形的同时还缓和了机车车辆轮对钢轨的冲击，便于排水。道床阻力(ballast resistance)碎石道床所提供的阻止轨枕纵横向移动的力。道床阻力对保持轨道框架的纵横向位置起着十分重要的作用，道床纵向阻力是防止线路爬行、提高钢轨纵向力分布均匀性、保证线路稳定及列车安全运营的关键因素。道床纵向阻力，受道碴材质、颗粒大小、道床断面、捣固质量、道床脏污程度以及轨道框架重量等诸多因素的影响。

结合现场实际，对于无缝线路结构，往往是轨排与道床发生相互作用，在现有技术中，有砟道床纵向阻力作为无缝线路轨道结构设计参数，在采用单向加载的测试方法进行道床纵向阻力-位移曲线的测试时由于仅是单向单调荷载作用下道床阻力性能的测试，无法能够模拟循环往复纵向荷载下有砟道床的受力状态；并且不能分析在周期性荷载下的有砟道床的弹塑性变形规律，为实际道床纵向阻力滞回性能测试以及长期服役状态下道床纵向阻力性能的演变提供参考。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置、方法及系统，以改善上述的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置，所述道床纵向阻力滞回测试模型建立装置包括：

信息接收单元，用于接收一阻力滞回性能测试设备发送的位移数据及阻力数据；

曲线绘制单元，用于依据所述位移数据及所述阻力数据绘制道床纵向阻力-位移关系曲线；

特征参数提取单元，用于从所述道床纵向阻力-位移关系曲线提取加载曲线峰值点处的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数；

测试模型建立单元，用于依据加载曲线峰值点处的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数、初始弹性刚度以及预设定的初始比例系数常数建立道床纵向阻力滞回性能测试模型。

第二方面，本发明实施例还提供了一种道床纵向阻力滞回性能测试模型建立方法，所述道床纵向阻力滞回测试模型建立方法包括：

接收一阻力滞回性能测试设备发送的位移数据及阻力数据；

依据所述位移数据及所述阻力数据绘制道床纵向阻力-位移关系曲线；

从所述道床纵向阻力-位移关系曲线提取加载曲线峰值点处的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数；

依据加载曲线峰值点处的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数、初始弹性刚度以及预设定的初始比例系数常数建立道床纵向阻力滞回性能测试模型。

第三方面，本发明实施例还提供了一种道床纵向阻力滞回性能测试模型建立系统，所述道床纵向阻力滞回测试模型建立系统包括阻力滞回性能测试设备以及上述的道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置，所述阻力滞回性能测试设备与所述道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置建立通信连接，所述阻力滞回性能测试设备用于产生位移数据及阻力数据，并将位移数据及阻力数据发送至所述道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置。

与现有技术相比，本发明提供的道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置、方法及系统，通过依据加载曲线峰值点处的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数、初始弹性刚度以及预设定的初始比例系数常数建立道床纵向阻力滞回性能测试模型，通过获取的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数、初始弹性刚度以及建立的道床纵向阻力滞回性能测试模型，用户可依据上述的参数可分析出能够模拟循环往复纵向荷载下有砟道床的受力状态，周期性荷载下的有砟道床的弹塑性变形规律，从而更好的为技术人员对实际道床纵向阻力滞回性能测试提供参考。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的服务器与阻力滞回性能测试设备的交互示意图；

图2为本发明实施例提供的服务器的结构框图；

图3为本发明实施例的提供的道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置的功能单元示意图；

图4为位移幅值为4mm时的道床纵向阻力-位移关系曲线示意图；

图5为位移幅值为6mm时的道床纵向阻力-位移关系曲线示意图；

图6为位移幅值为8mm时的道床纵向阻力-位移关系曲线示意图；

图7为位移幅值为10mm时的道床纵向阻力-位移关系曲线示意图；

图8为位移幅值为20mm时的道床纵向阻力-位移关系曲线示意图

图9为本发明实施例的提供的道床纵向阻力滞回性能测试模型建立方法流程图；

图10为本发明实施例提供的阻力滞回性能测试设备的电路连接框图；

图11为本发明实施例提供的阻力滞回性能测试设备结构示意图。

图标：100-道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置；200-服务器；300-阻力滞回性能测试设备；101-处理器；102-存储器；103-存储控制器；104-外设接口；301-信息接收单元；302-曲线绘制单元；303-特征参数提取单元；304-测试模型建立单元；305-判断单元；306-结果生成单元；401-控制器；402-无线通信模块；403-压力传感器；404-位移传感器；405-轨排道床结构；406-作动器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明较佳实施例所提供的道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置、方法及系统可应用于如图1所示的应用环境中。如图1所示，阻力滞回性能测试设备300、服务器200位于网络中，通过该网络，阻力滞回性能测试设备300与服务器200进行数据交互。于本发明实施例中，阻力滞回性能测试设备300中安装有至少一个应用程序(Application，APP)，与服务器200相对应，为用户提供服务。该服务器200可以是，但不限于，网络服务器、数据库服务器、云端服务器等等。该阻力滞回性能测试设备300可以是，但不限于智能手机、个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、移动上网设备(mobile Internet device，MID)等。所述阻力滞回性能测试设备300的操作系统可以是，但不限于，安卓(Android)系统、IOS(iPhone operating system)系统、Windows phone系统、Windows系统等。

图2示出了一种可应用于本发明实施例中的服务器200的结构框图。所述服务器200包括阻力滞回性能测试设备300、处理器101、存储器102、存储控制器103以及外设接口104。

所述存储器102、存储控制器103及处理器101，各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述阻力滞回性能测试设备300包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器102中或固化在所述阻力滞回性能测试设备300的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器101用于执行存储器102中存储的可执行模块，例如，所述阻力滞回性能测试设备300包括的软件功能模块或计算机程序。

其中，存储器102可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器102Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器102用于存储程序，所述处理器101在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器101中，或者由处理器101实现。

处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器101也可以是任何常规的处理器101等。

外设接口104将各种输入/输出装置耦合至处理器101以及存储器102。在一些实施例中，外设接口104、处理器101以及存储控制器103可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

请参阅图3，本发明实施例提供了一种道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置100，所述道床纵向阻力滞回测试模型建立装置包括信息接收单元301、曲线绘制单元302、特征参数提取单元303、测试模型建立单元304、判断单元305以及结果生成单元306。

信息接收单元301用于接收阻力滞回性能测试设备300发送的位移数据及阻力数据。

如图10、图11所示，阻力滞回性能测试设备300包括轨排道床结构405、位移传感器404、压力传感器403、作动器406以及控制电路板。控制电路板布置有控制器401以及无线通信模块402，控制器401分别与位移传感器404、压力传感器403以及无线通信模块402电连接。位移传感器404设置于轨排道床结构405，作动器406设置于轨排道床结构405的一端，压力传感器403位于作动器406与轨排道床结构405的连接处，压力传感器403用于采集轨排道床结构405所承受的压力参数并将压力参数传输至控制器401，位移传感器404用于采集轨排道床结构405的位移参数并将位移参数传输至控制器401，控制器401用于通过无线通信模块402将位移参数、压力参数发送至道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置100。

曲线绘制单元302用于依据所述位移数据及所述阻力数据绘制道床纵向阻力-位移关系曲线。

具体地，曲线绘制单元302还可以用于依据加载的不同的循环位移幅值以及加载速率的多组位移数据及阻力数据绘制多条道床纵向阻力-位移关系曲线。

所述位移数据及阻力数据包括加载的不同的循环位移幅值以及加载速率的多组位移数据及阻力数据。例如，加载小位移幅值(4mm、6mm)、中位移幅值(8mm、10mm)、大位移幅值(20mm)等等，在此并不做限制。其中，位移幅值为4mm时的位移滞回曲线如图4所示，位移幅值为6mm时的位移滞回曲线如图5所示，位移幅值为8mm时的位移滞回曲线如图6所示，位移幅值为10mm时的位移滞回曲线如图7所示，位移幅值为20mm时的位移滞回曲线如图8所示。

特征参数提取单元303用于从所述道床纵向阻力-位移关系曲线提取加载曲线峰值点处的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数。

测试模型建立单元304用于依据加载曲线峰值点处的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数、初始弹性刚度以及预设定的初始比例系数常数建立道床纵向阻力滞回性能测试模型。

本实施例中，所述道床纵向阻力滞回性能测试模型为F＝E_s(u-u₀)+F₀-(E_s-E_k)(u-u₀)k，E_k＝(F_f-F₀)/(u_f-u₀)，其中，E_s为初始弹性刚度、u₀为卸载曲线终点处的位移、F₀为卸载曲线终点处的阻力、F_f为加载曲线峰值点处的阻力，u_f为加载曲线峰值点处的位移，k为初始比例系数常数，u为当前位移，F为当前阻力。

判断单元305用于判断所述道床纵向阻力-位移关系曲线是否均为一簇封闭的滞回曲线。结果生成单元306用于若所述道床纵向阻力-位移关系曲线为一簇封闭的滞回曲线时，生成道床处于动态往复激扰状态下的力学表现结果。

较佳地，通过对处于不同位移幅值下对应的多条位移滞回曲线的是否均为封闭的道床纵向阻力-位移关系曲线，来评估道床的耗能状态的稳定性，最终的结果更为精确。

因此，判断单元305用于判断每条所述道床纵向阻力-位移关系曲线是否均为一簇封闭的滞回曲线。

结果生成单元306用于若所有的所述道床纵向阻力-位移关系曲线为一簇封闭的滞回曲线时，生成道床处于动态往复激扰状态下的力学表现结果。

请参阅图9，本发明实施例还提供了一种道床纵向阻力滞回性能测试模型建立方法，需要说明的是，本实施例所提供的道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置100，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。所述道床纵向阻力滞回测试模型建立方法包括：

步骤S901：接收阻力滞回性能测试设备300发送的位移数据及阻力数据。

可以理解地，通过信息接收单元301可以执行步骤S901。

步骤S902：依据所述位移数据及所述阻力数据绘制道床纵向阻力-位移关系曲线。

可以理解地，通过曲线绘制单元302可以执行步骤S902。

步骤S902可以包括：依据加载的不同的循环位移幅值以及加载速率的多组位移数据及阻力数据绘制多条道床纵向阻力-位移关系曲线。

步骤S903：从所述道床纵向阻力-位移关系曲线提取加载曲线峰值点处的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数。

可以理解地，通过特征参数提取单元303可以执行步骤S903。

步骤S904：依据加载曲线峰值点处的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数、初始弹性刚度以及预设定的初始比例系数常数建立道床纵向阻力滞回性能测试模型。

可以理解地，通过测试模型建立单元304可以执行步骤S904。

具体地，所述道床纵向阻力滞回性能测试模型为F＝E_s(u-u₀)+F₀-(E_s-E_k)(u-u₀)k，E_k＝(F_f-F₀)/(u_f-u₀)，其中，E_s为初始弹性刚度、u₀为卸载曲线终点处的位移、F₀为卸载曲线终点处的阻力、F_f为加载曲线峰值点处的阻力，u_f为加载曲线峰值点处的位移，k为初始比例系数常数，u为当前位移，F为当前阻力。

步骤S905：判断所述道床纵向阻力-位移关系曲线为一簇封闭的滞回曲线，如果是，则执行步骤S906。

可以理解地，通过判断单元305可以执行步骤S905。

步骤S905可以包括判断每条所述道床纵向阻力-位移关系曲线为一簇封闭的滞回曲线。

步骤S906：生成道床处于动态往复激扰状态下的力学表现结果。

可以理解地，通过结果生成单元306可以执行步骤S906。

具体地，所述位移数据及阻力数据包括加载的不同的循环位移幅值以及加载速率的多组位移数据及阻力数据。

需要说明的是，步骤S901～S904与S905～S906之间没有先后顺序关系。

请参阅图1，本发明实施例还提供了一种道床纵向阻力滞回性能测试模型建立系统，道床纵向阻力滞回测试模型建立系统包括阻力滞回性能测试设备300以及上述实施例的道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置100。阻力滞回性能测试设备300与服务器200建立通信连接，阻力滞回性能测试设备300用于产生位移数据及阻力数据，并将位移数据及阻力数据发送至道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置100。

如图10、图11所示，阻力滞回性能测试设备300包括轨排道床结构405、位移传感器404、压力传感器403、作动器406以及控制电路板。控制电路板布置有控制器401以及无线通信模块402，控制器401分别与位移传感器404、压力传感器403以及无线通信模块402电连接。位移传感器404设置于轨排道床结构405，作动器406设置于轨排道床结构405的一端，压力传感器403位于作动器406与轨排道床结构405的连接处，压力传感器403用于采集轨排道床结构405所承受的压力参数并将压力参数传输至控制器401，位移传感器404用于采集轨排道床结构405的位移参数并将位移参数传输至控制器401，控制器401用于通过无线通信模块402将位移参数、压力参数发送至道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置100。

通过上述的阻力滞回性能测试设备300的内部结构以及阻力滞回性能测试设备300与服务器200构成的道床纵向阻力滞回性能测试模型建立系统，可模拟循环往复纵向荷载下有砟道床的受力状态。

综上所述，本发明提供的道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置、方法及系统，通过依据加载曲线峰值点处的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数、初始弹性刚度以及预设定的初始比例系数常数建立道床纵向阻力滞回性能测试模型，通过获取的第一阻力参数与第一位移参数、卸载曲线终点处的第二阻力参数与第二位移参数、初始弹性刚度以及建立的道床纵向阻力滞回性能测试模型，用户可依据上述的参数可分析出能够模拟循环往复纵向荷载下有砟道床的受力状态，周期性荷载下的有砟道床的弹塑性变形规律，从而更好的为技术人员对实际道床纵向阻力滞回性能测试提供参考。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。