一种桥梁大机捣固作业仿真模拟方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种桥梁大机捣固作业仿真模拟方法、装置、设备及介质。

背景技术

近几年，大型捣固车，动力稳定车等大机养路设备已在我国广泛使用，是铁路维修作业过程中必不可少的重要设备。捣固作业是恢复轨道几何尺寸的主要手段，对于桥梁区段线路，桥上有砟轨道受桥梁结构和尺寸的影响，机械化大机作业难度较大。重载铁路线路经过长期的车辆运行，道砟间的接触和摩擦产生的粉末、碎小石砟及自然的粉尘、煤灰加剧了线路道砟的脏污板结与线路翻浆冒泥，严重影响线路质量状态和列车通过性能。通过重载铁路运量大、轴重大，碎石道床劣化脏污速度快，对有砟轨道线路进行大机作业，可提高线路质量状态和列车通过性能。

目前，对于桥上有砟道床大机捣固作业的研究较为匮乏，许多研究未考虑捣固作业对桥体的影响，而且大机捣固作业下桥体的动力响应与不同捣固作业参数对桥体动力特性的影响规律仍不明确，从而对进行重载铁路桥梁段大机捣固作业仿真模拟时的模拟效果较差。

发明内容

针对上述问题，本发明的实施例提供了一种桥梁大机捣固作业仿真模拟方法、装置、设备及介质。

第一方面，本发明实施例提供了一种桥梁大机捣固作业仿真模拟方法，包括：

根据预设的实体单元之间的部件结构作用构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型；

在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中施加动态捣固作业荷载进行大机捣固作业模拟，得到桥体动力响应；

在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中，根据预设的捣固作业频率及预设的下插深度确定桥体动力特性；

根据所述桥体动力响应及所述桥体动力特性确定大机捣固作业仿真模拟的全过程仿真模拟结果。

根据本发明的实施例，在所述根据预设的实体单元之间的部件结构作用构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型之前，还包括：

根据预设的实体拉伸及预设的钢轨廓形生成钢轨实体单元模型；

根据预设的矩形实体单元生成轨枕实体单元模型；

根据预设的全桥范围及预设的道床横截面尺寸生成有砟道床实体单元模型；

根据预设的桥梁截面属性生成桥梁实体单元模型，根据预设的桥墩截面属性生成桥墩实体单元模型；

根据预设的捣固车参数构建捣固车作业模型；

聚合所述钢轨实体单元模型、所述轨枕实体单元模型、所述有砟道床实体单元模型、所述桥梁实体单元模型、所述桥墩实体单元模型及所述捣固车作业模型为所述实体单元。

根据本发明的实施例，所述根据预设的实体单元之间的部件结构作用构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型，包括：

按照预设的部件结构作用将所述钢轨实体单元模型、所述轨枕实体单元模型、所述有砟道床实体单元模型、所述桥梁实体单元模型、所述桥墩实体单元模型及所述捣固车作业模型进行部件装配，得到目标装配模型；

对所述目标装配模型添加预设的边界条件，生成所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型。

根据本发明的实施例，在所述按照预设的部件结构作用将所述钢轨实体单元模型、所述轨枕实体单元模型、所述有砟道床实体单元模型、所述桥梁实体单元模型、所述桥墩实体单元模型及所述捣固车作业模型进行部件装配，得到目标装配模型之前，还包括：

通过预设的扣件将所述钢轨实体单元模型与所述轨枕实体单元模型之间进行连接，得到第一部件结构连接；

通过预设的面与面接触将所述轨枕实体单元模型与所述有砟道床实体单元模型之间进行连接，得到第二部件结构连接；

通过预设的面与面接触将所述有砟道床实体单元模型与所述桥梁实体单元模型之间进行连接，得到第三部件结构连接；

根据预设的弹簧阻尼单元将所述桥梁实体单元模型与所述桥墩实体单元模型之间进行连接，得到第四部件结构连接；

根据预设的弹簧阻尼单元将所述捣固车作业模型与预设的目标车体部件之间进行连接，得到第五部件结构连接；

汇集所述第一部件结构连接、所述第二部件结构连接、所述第三部件结构连接、所述第四部件结构连接及所述第五部件结构连接为部件结构作用。

根据本发明的实施例，所述在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中施加动态捣固作业荷载进行大机捣固作业模拟，得到桥体动力响应，包括：

通过预设的捣固车的捣鼓装置对目标实体部件施加横向激振荷载，得到第一目标相互作用；

通过预设的捣固车的捣鼓装置对目标实体部件施加垂向下压荷载，得到第二目标相互作用；

利用预设的梁结构动力学方程，根据所述第一目标相互作用及所述第二目标相互作用计算所述目标实体部件的扰度及垂向加速度；

利用预设的有限元算法，根据所述所述第一目标相互作用及所述第二目标相互作用计算所述目标实体部件的加速度和位移；

根据所述加速度、所述位移、所述扰度及所述垂向加速度确定桥体动力响应。

根据本发明的实施例，所述根据所述桥体动力响应及所述桥体动力特性确定大机捣固作业仿真模拟的全过程仿真模拟结果，包括：

将所述桥体动力响应中的响应参数及所述桥体动力特性中的振动参数进行可视化，得到可视化参数；

根据所述可视化参数确定大机捣固作业仿真模拟的全过程仿真模拟结果。

根据本发明的实施例，所述在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中施加动态捣固作业荷载进行大机捣固作业模拟，得到桥体动力响应，包括：

在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中对目标车体部件施加集中作用力及连接作用力；

根据所述集中作用力及所述连接作用力模拟捣固车自重荷载；

通过所述捣固车自重荷载对大机捣固进行作业模拟，得到桥体动力响应。

第二方面，本发明实施例提供了一种桥梁大机捣固作业仿真模拟装置，其特征在于，包括：

空间耦合动力学模型构建模块，用于根据预设的实体单元之间的部件结构作用构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型；

桥体动力响应确定模块，用于在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中施加动态捣固作业荷载进行大机捣固作业模拟，得到桥体动力响应；

桥体动力特性确定模块，用于在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中，根据预设的捣固作业频率及预设的下插深度确定桥体动力特性；

全过程仿真模拟结果确定模块，用于根据所述桥体动力响应及所述桥体动力特性确定大机捣固作业仿真模拟的全过程仿真模拟结果。

第三方面，本发明实施例提供了一种设备，其包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如前第一方面所述的一种桥梁大机捣固作业仿真模拟方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如前第一方面所述的一种桥梁大机捣固作业仿真模拟方法。

与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益效果：

本发明的实施例通过充分考虑钢轨、扣件、轨枕、道床、桥梁等结构以及大型捣固车的作用，建立大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型，可以适用于重载铁路桥梁段大机捣固作业仿真分析，可以通过改变捣固荷载空间位置而实现不同深度、不同位置的捣固作业模拟，实现对捣固作业全过程仿真模拟，对轨枕位移、桥体横向位移和挠度、桥体加速度、支座受力等结构动力响应进行计算，可以得到大机捣固作业下桥梁各细部结构的受力与变形，可以为重载铁路桥上有砟道床捣固作业的对桥体影响研究与作业效果评价提供服务。因此本发明提出的桥梁大机捣固作业仿真模拟方法、装置、设备及介质，可以解决进行重载铁路桥梁段大机捣固作业仿真模拟时的模拟效果较差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1显示了本发明实施例一的桥梁大机捣固作业仿真模拟方法的工作流程图；

图2显示了本发明实施例一的钢轨模型的示意图；

图3显示了本发明实施例一的轨枕模型的示意图；

图4显示了本发明实施例一的道床模型的示意图；

图5显示了本发明实施例一的桥梁梁体模型的示意图；

图6显示了本发明实施例一的桥墩模型的示意图；

图7显示了本发明实施例一的捣固车体模型的示意图；

图8显示了本发明实施例一的钢轨与轨枕连接的示意图；

图9显示了本发明实施例一的桥体与桥墩连接的示意图；

图10显示了本发明实施例一的大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型的模型示意图；

图11显示了本发明实施例一的桥梁纵向位移示意图；

图12显示了本发明实施例一的桥梁挠度示意图；

图13显示了本发明实施例一的桥体垂向加速度示意图；

图14a显示了本发明实施例一的钢轨横向加速度的示意图；

图14b显示了本发明实施例一的钢轨垂向加速度的示意图；

图14c显示了本发明实施例一的钢轨横向位移的示意图；

图14d显示了本发明实施例一的钢轨垂向位移的示意图；

图15a显示了本发明实施例一的轨枕横向加速度的示意图；

图15b显示了本发明实施例一的轨枕垂向加速度的示意图；

图15c显示了本发明实施例一的轨枕横向位移的示意图；

图15d显示了本发明实施例一的轨枕垂向位移的示意图；

图16显示了本发明实施例三的桥梁大机捣固作业仿真模拟装置的功能模块图；

图17显示了本发明实施例四的实现所述桥梁大机捣固作业仿真模拟方法的电子设备的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本公开作进一步说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提出了一种基于轨道交通技术的桥梁大机捣固作业仿真模拟方法，以三维有限元仿真模型理论为基础，结合施加荷载方法，搭建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型，实现对捣固作业全过程仿真模拟。相比于传统方法，桥梁大机捣固作业仿真模拟技术效果更佳并减小了人为主观性，在重载铁路桥上有砟道床捣固作业的对桥体影响研究应用中具有巨大潜力和应用前景。

实施例一

如图1所示，本发明提出了一种桥梁大机捣固作业仿真模拟方法，包括以下步骤：

S1、根据预设的实体单元之间的结构作用构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型。

本发明实施例中，通过充分考虑钢轨、轨枕、道床、桥梁、桥墩结构相互作用，且考虑捣固作业荷载的三维有限元仿真模型，即大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型，其中钢轨、轨枕、道床、桥梁、桥墩采用实体单元模拟，则构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型，可以对大机捣固作业进行全过程仿真模拟。

本发明实施例中，在所述根据预设的实体单元之间的部件结构作用构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型之前，还包括：

根据预设的实体拉伸及预设的钢轨廓形生成钢轨实体单元模型；

根据预设的矩形实体单元生成轨枕实体单元模型；

根据预设的全桥范围及预设的道床横截面尺寸生成有砟道床实体单元模型；

根据预设的桥梁截面属性生成桥梁实体单元模型，根据预设的桥墩截面属性生成桥墩实体单元模型；

根据预设的捣固车参数构建捣固车作业模型；

聚合所述钢轨实体单元模型、所述轨枕实体单元模型、所述有砟道床实体单元模型、所述桥梁实体单元模型、所述桥墩实体单元模型及所述捣固车作业模型为所述实体单元。

详细地，所述实体单元包括钢轨、轨枕、道床、桥梁、桥墩，其中钢轨采用实体单元模拟，如图2所示，为钢轨模型的示意图，参照重载铁路75轨截面实际参数采取实体拉伸方式建模，钢轨长度为200m，横截面上按照钢轨廓形进行合理划分，纵向上按照0.1m尺寸进行网格划分。根据实际钢材的物理属性设置材料参数并赋予钢轨模型，密度为7800kg/m3，杨氏模量为2.06×1011Pa，泊松比为0.3，瑞利阻尼常数α取7，β取1×10-6。如图3所示，为轨枕模型示意图，轨枕参照Ⅲ型混凝土桥枕尺寸采用矩形实体单元建立，尺寸为2600mm×320mm×240mm。轨枕模型按照0.05m尺寸进行网格划分，材料参数按照实际混凝土轨枕属性设置。如图4所示，为道床模型的示意图，桥上道床结构在全桥范围内铺设，针对有砟轨道，道床采用实体单元进行模拟，不考虑道床的离散特性。根据《TB 10625-2017重载铁路设计规范》，设置道床模型横截面尺寸，材料参数设置参考试验数据或工程数据取值，采用网格实体编辑方式在道床实体模型中按照实际轨枕间距预留轨枕位置。如图5所示，为桥梁梁体模型的示意图，桥梁根据重载铁路双线简支T型梁桥采用实体单元按照实际截面属性建模，桥梁宽度9100mm，梁面至墩底距离2600mm，材料参数按照实际工程数据取值。如图6所示，为桥墩模型的示意图，桥墩采用实体单元模拟。按照实际截面属性建模，赋予混凝土材料属性。桥梁和桥墩按照0.1m尺寸进行网格划分。如图7所示，为捣固车体模型的示意图，根据实际捣固车参数，建立简化的捣固车模型。模型包括车体、转向架、轮对、捣固装置四部分。车体采用矩形实体模拟，转向架与轮对参照实际情况建立精细化模型，捣固装置包含8对，共16个捣镐，捣镐参照实际情况建立。车体、转向架、轮对、捣固装置均考虑为刚体，并按实际情况进行装配，完成捣固车模型的建立。

进一步地，构建不同的实体模型之后，需要将不同的实体模型通过部件之间的连接关系进行连接，以构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型。

本发明实施例中，通过不同实体模型之间的装配以及不同部件之间的连接关系，可构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型，以实现对捣固作业全过程仿真模拟。

本发明实施例中，所述根据预设的实体单元之间的部件结构作用构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型，包括：

按照预设的部件结构作用将所述钢轨实体单元模型、所述轨枕实体单元模型、所述有砟道床实体单元模型、所述桥梁实体单元模型、所述桥墩实体单元模型及所述捣固车作业模型进行部件装配，得到目标装配模型；

对所述目标装配模型添加预设的边界条件，生成所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型。

详细地，对钢轨、轨枕、道床、桥梁、桥墩、捣固车进行装配，在装配体模块中导入各部分实体模型，移动实体至相应位置，完成桥上有砟轨道结构的装配。通过各部件之间的部件连接关系及设定边界条件可生成大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型，其中边界条件为钢轨与轨枕采用的扣件设置限制横向、纵向、垂向三个方向转动的位移边界条件，并且钢轨梁端设置纵向边界条件，桥梁活动支座与固定支座设置限制横向、纵向、垂向三个方向转动的位移边界条件；左右两股钢轨设置限制纵向位移与横向和垂向转动的位移边界条件，桥墩底部设置横向、纵向、垂向完全固定的位移边界条件。

进一步地，通过各部件之间的连接关系，才能构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型。

本发明实施例中，所述部件结构作用是指不同部件之间的连接关系，进而根据不同部件连接关系，组件大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型。

本发明实施例中，在所述按照预设的部件结构作用将所述钢轨实体单元模型、所述轨枕实体单元模型、所述有砟道床实体单元模型、所述桥梁实体单元模型、所述桥墩实体单元模型及所述捣固车作业模型进行部件装配，得到目标装配模型之前，还包括：

通过预设的扣件将所述钢轨实体单元模型与所述轨枕实体单元模型之间进行连接，得到第一部件结构连接；

通过预设的面与面接触将所述轨枕实体单元模型与所述有砟道床实体单元模型之间进行连接，得到第二部件结构连接；

通过预设的面与面接触将所述有砟道床实体单元模型与所述桥梁实体单元模型之间进行连接，得到第三部件结构连接；

根据预设的弹簧阻尼单元将所述桥梁实体单元模型与所述桥墩实体单元模型之间进行连接，得到第四部件结构连接；

根据预设的弹簧阻尼单元将所述捣固车作业模型与预设的目标车体部件之间进行连接，得到第五部件结构连接；

汇集所述第一部件结构连接、所述第二部件结构连接、所述第三部件结构连接、所述第四部件结构连接及所述第五部件结构连接为部件结构作用。

详细地，所述第一部件结构连接是指钢轨与轨枕之间的连接关系，所述第二部件结构连接是指轨枕与道床之间的连接关系，所述第三部件结构连接是指道床与桥梁之间的连接关系，所述第四部件结构连接是指桥梁与桥墩之间的连接关系，所述第五部件结构连接是指捣固作业模型与转向架、转向架与轮对、车体与捣固装置之间的连接关系，其中所述目标车体部件包括转向架、转向架与轮对、车体与捣固装置。

具体地，钢轨与轨枕之间采用扣件进行连接，扣件采用弹簧阻尼单元进行模拟。如图8所示，为钢轨与轨枕连接的示意图，按照0.6m间隔选中钢轨底部与轨枕中部对应点建立线条特征，对线条赋予笛卡尔类型的连接关系，限制x、y、z方向的转动，全面模拟扣件的横向、纵向、垂向刚度和阻尼。轨枕与道床、道床与梁体之间采用面与面接触连接，设置法向和切向接触参数，其中摩擦系数取值为0.7，将轨枕、道床、梁体绑定为一个整体。如图9所示，为桥体与桥墩连接的示意图，桥梁和桥墩采用支座连接，一端设置为活动支座，另一端设置为固定支座，支座采用弹簧阻尼单元进行模拟，纵横向阻力根据规范取值。捣固车车体与转向架、转向架与轮对、车体与捣固装置之间均采用MPC梁约束并通过弹簧阻尼单元进行连接。

进一步地，如图10所示，为大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型的模型示意图，通过建立的钢轨、轨枕、道床、桥梁、桥墩、捣固车各部件的实体模型，通过部件之间的连接关系及边界条件所构建的空间耦合动力学模型，以实现对捣固作业全过程仿真模拟。

S2、在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中施加动态捣固作业荷载进行大机捣固作业模拟，得到桥体动力响应。

本发明实施例中，所述桥体动力响应是指桥梁在受到外部荷载或振动作用下产生的振动情况，描述了桥体结构在动力作用下的变形、位移、应力等动态响应特性。所述动态捣固作业荷载是指可以动态改变荷载空间位置，以实现不同深度、不同位置的捣鼓作业模拟。

本发明实施例中，所述在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中施加动态捣固作业荷载进行大机捣固作业模拟，得到桥体动力响应，包括：

通过预设的捣固车的捣鼓装置对目标实体部件施加横向激振荷载，得到第一目标相互作用；

通过预设的捣固车的捣鼓装置对目标实体部件施加垂向下压荷载，得到第二目标相互作用；

利用预设的梁结构动力学方程，根据所述第一目标相互作用及所述第二目标相互作用计算所述目标实体部件的扰度及垂向加速度；

利用预设的有限元算法，根据所述所述第一目标相互作用及所述第二目标相互作用计算所述目标实体部件的加速度和位移；

根据所述加速度、所述位移、所述扰度及所述垂向加速度确定桥体动力响应。

详细地，根据实体大机捣固作业过程，通过捣固车中捣固装置和对道床直接施加大小相同方向相反的横向激振荷载与垂向下压荷载，模拟捣固镐与道床的相互作用。以桥梁跨中为研究对象，通过桥梁结构动力学方程(如欧拉梁方程)计算其挠度与垂向加速度，选取桥梁支座处为研究对象，通过数值算法(如有限元法)计算捣固作业过程中桥梁的纵向位移，将动力学方程离散化，并进行求解。通常，可以使用时间步进法(如显式或隐式法)来模拟荷载的时程变化，并计算桥梁在每个时间步的位移和加速度。

具体地，以桥梁跨中为研究对象，计算其挠度与垂向加速度，选取桥梁支座处为研究对象，计算捣固作业过程中桥梁的纵向位移，如图11所示，为桥梁纵向位移示意图，在不同的时间下，产生的桥梁纵向位移是不同的；如图12所示，为桥梁挠度示意图，在初始阶段，桥梁扰度变化中等，在中间阶段，桥梁扰度变化较小，而在后续阶段，桥梁扰度变化较大；如图13所示，为桥体垂向加速度示意图，在初始阶段，桥体垂向加速度变化中等，在中间阶段，桥体垂向加速度变化较小，而在后续阶段，桥体垂向加速度变化较大，则在图11至图13，由计算结果可以看出：桥体的纵向位移在捣固中变化不大，桥体挠度、垂向加速度表现为在捣固作业前期响应较小，变化较为平稳，在作业后期幅值逐渐增大且变化波动明显。选取捣固车捣镐正下方区域位置的钢轨计算其加速度与位移，如图14a所示，为钢轨横向加速度的示意图，钢轨的横向加速度变化为先增大后减小，钢轨横向加速度峰值为30.75m/s2；如图14b所示，为钢轨垂向加速度的示意图，钢轨的垂向加速度变化为先增大后减小，垂向加速度最大为163m/s2；如图14c所示，为钢轨横向位移的示意图，钢轨的横向位移变化为先增大后减小，横向位移峰值为0.85mm，如图14d所示，为钢轨垂向位移的示意图，钢轨的垂向位移变化为先增大后减小，垂向位移峰值为1.66mm。还选取捣固车捣镐正下方区域位置的轨枕计算其加速度与位移，如图15a所示，为轨枕横向加速度的示意图，轨枕的横向加速度变化为先增大后减小，轨枕的横向加速度峰值为30.4m/s2，；如图15b所示，为轨枕垂向加速度的示意图，钢轨的垂向加速度变化为先增大后减小，垂向加速度峰值为34.8m/s2；如图15c所示，为轨枕横向位移的示意图，轨枕的横向位移变化为先增大后减小，横向位移峰值为0.57mm，如图15d所示，为轨枕垂向位移的示意图，钢轨的垂向位移变化为先增大后减小，垂向位移峰值为0.81mm。

进一步地，针对捣固作业通过对捣镐和道床相应位置施加横向的激振荷载与垂向的下压荷载，可以通过改变捣固荷载空间位置而实现不同深度、不同位置的捣固作业模拟，以得到桥体动力响应，因此，为了实现对捣固作业全过程仿真模拟，提高仿真模拟过程的精准性，还需要确定桥体动力特性。

S3、在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中，根据预设的捣固作业频率及预设的下插深度确定桥体动力特性。

本发明实施例中，所述桥体动力特性描述了桥体在自由振动或受迫振动下的固有属性，包括自振频率、振动模态、阻尼、刚度等，当进行捣固作业时，振动频率和下插深度都会对桥体的动力特性产生影响。

本发明实施例中，所述在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中，根据预设的捣固作业频率及预设的下插深度确定桥体动力特性，包括：

根据预设的捣鼓作业频率确定桥体振动频率；

根据预设的下插深度确定桥体振动传递特性；

根据所述桥体振动频率及所述桥体振动传递特性确定桥体动力特性。

详细地，如果捣固作业的振动频率接近桥体的自振频率，可能引起桥体共振现象，导致桥体产生过大的振动响应，甚至可能引发结构破坏。因此，在进行捣固作业时，应尽量选择与桥体自振频率不同的振动频率，以避免共振现象；振动频率也会影响桥体的阻尼特性。适当的振动频率可以帮助桥体在振动过程中消耗能量，减小振动响应。较高的振动频率通常会增加阻尼效果，从而减小振动幅度。

具体地，下插深度影响着捣固作业施加的振动力传递到桥体基础土层的程度。较深的下插深度可以使振动力传递到更深的土层中，影响更多的土壤质量。然而，需要注意的是，如果下插深度太大，可能会对桥体的稳定性产生负面影响，因为振动力可能会扰动较深土层导致土壤液化等问题。不同土壤类型具有不同的动力响应特性。下插深度的选择应根据具体土壤条件来确定，以确保合适的振动传递和改良效果。因此，在大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中通过捣固作业频率及下插深度确定桥体动力特性。

S4、根据所述桥体动力响应及所述桥体动力特性确定大机捣固作业仿真模拟的全过程仿真模拟结果。

本发明实施例中，所述全过程仿真模拟结果是通过改变捣固荷载空间位置而实现不同深度、不同位置的捣固作业模拟，从而实现对捣固作业全过程仿真模拟。

本发明实施例中，所述根据所述桥体动力响应及所述桥体动力特性确定大机捣固作业仿真模拟的全过程仿真模拟结果，包括：

将所述桥体动力响应中的响应参数及所述桥体动力特性中的振动参数进行可视化，得到可视化参数；

根据所述可视化参数确定大机捣固作业仿真模拟的全过程仿真模拟结果。

详细地，将所述桥体动力响应中的响应参数及桥体动力特性中的振动参数展示为可视化参数，即通过曲线图进行可视化展示，如桥体位移曲线图、加速度曲线图等，进而可以根据可视化参数非常直观地观察大机捣固作业仿真模拟的全过程仿真模拟结果。

进一步地，大机捣固作业全过程仿真模拟考虑了机捣固作业与有砟道床和桥体的相互作用，可模拟计算不同捣固作业参数下桥梁受力与变形情况以及桥体的动力响应，有利于捣固作业下桥体动力特性的研究。

实施例二

为了更加清楚地了解本发明，下面通过一个第二实施例进一步解释本发明实施例为了使大捣固作业仿真模拟更加全面，在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中施加动态捣固作业荷载进行大机捣固作业模拟，得到桥体动力响应的情况。

本发明实施例中，为了使重载桥梁大机捣鼓作业仿真模拟从不同方向、不同位置进行仿真模拟，还需要通过集中作用力和连接作用力模拟捣固车自重荷载，以使大捣固作业仿真模拟更加全面。

本发明实施例中，所述在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中施加动态捣固作业荷载进行大机捣固作业模拟，得到桥体动力响应，包括：

在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中对目标车体部件施加集中作用力及连接作用力；

根据所述集中作用力及所述连接作用力模拟捣固车自重荷载；

通过所述捣固车自重荷载对大机捣固进行作业模拟，得到桥体动力响应。

详细地，对捣固车车体、转向架、轮对、一系悬挂、二系悬挂施加相应的集中作用力和连接作用力，模拟捣固车自重荷载作用，通过在大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中施加捣固车自重荷载，得到捣固车对桥梁的挠度与垂向加速度，对钢轨、轨枕的加速度与位移，从而根据捣固车自重荷载确定桥体动力响应。

实施例三

如图16所示，本实施例还提供一种桥梁大机捣固作业仿真模拟装置的功能模块图。

本实施例所述的桥梁大机捣固作业仿真模拟装置100可以安装于设备中。根据实现的功能，所述桥梁大机捣固作业仿真模拟装置100可以包括空间耦合动力学模型构建模块101、桥体动力响应确定模块102、桥体动力特性确定模块103及全过程仿真模拟结果确定模块104。本发明所述模块也可以称之为单元，是指一种能够被设备处理器所执行，并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在设备的存储器中。

在本实施例中，关于各模块/单元的功能如下：

所述空间耦合动力学模型构建模块101，用于根据预设的实体单元之间的部件结构作用构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型；

所述桥体动力响应确定模块102，用于在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中施加动态捣固作业荷载进行大机捣固作业模拟，得到桥体动力响应；

所述桥体动力特性确定模块103，用于在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中，根据预设的捣固作业频率及预设的下插深度确定桥体动力特性；

所述全过程仿真模拟结果确定模块104，用于根据所述桥体动力响应及所述桥体动力特性确定大机捣固作业仿真模拟的全过程仿真模拟结果。

详细地，本发明实施例中所述桥梁大机捣固作业仿真模拟装置100中所述的各模块在使用时采用如实施例一和实施例二所述的桥梁大机捣固作业仿真模拟方法一样的技术手段，并能够产生相同的技术效果，这里不再赘述。

实施例四

如图17所示，本实施例还提供一种计算机设备，所述设备可以包括处理器10、存储器11、通信总线12以及通信接口13，还可以包括存储在所述存储器11中并可在所述处理器10上运行的计算机程序，如桥梁大机捣固作业仿真模拟程序。

其中，所述处理器10在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述处理器10是所述设备的控制核心(Control Unit)，利用各种接口和线路连接整个设备的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器11内的程序或者模块(例如执行桥梁大机捣固作业仿真模拟程序等)，以及调用存储在所述存储器11内的数据，以执行设备的各种功能和处理数据。

所述存储器11至少包括一种类型的介质，所述介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如：SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述存储器11在一些实施例中可以是设备的内部存储单元，例如该设备的移动硬盘。所述存储器11在另一些实施例中也可以是设备的外部存储设备，例如设备上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器11还可以既包括设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器11不仅可以用于存储安装于设备的应用软件及各类数据，例如桥梁大机捣固作业仿真模拟程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所述通信总线12可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。所述总线被设置为实现所述存储器11以及至少一个处理器10等之间的连接通信。

所述通信接口13用于上述设备与其他设备之间的通信，包括网络接口和用户接口。可选地，所述网络接口可以包括有线接口和/或无线接口(如WI-FI接口、蓝牙接口等)，通常用于在该设备与其他设备之间建立通信连接。所述用户接口可以是显示器(Display)、输入单元(比如键盘(Keyboard))，可选地，用户接口还可以是标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在设备中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。

图中仅示出了具有部件的设备，本领域技术人员可以理解的是，图中示出的结构并不构成对所述设备的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

例如，尽管未示出，所述设备还可以包括给各个部件供电的电源(比如电池)，优选地，电源可以通过电源管理装置与所述至少一个处理器10逻辑相连，从而通过电源管理装置实现充电管理、放电管理、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电装置、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。所述设备还可以包括多种传感器、蓝牙模块、Wi-Fi模块等，在此不再赘述。

应该了解，所述实施例仅为说明之用，在专利申请范围上并不受此结构的限制。

所述设备中的所述存储器11存储的桥梁大机捣固作业仿真模拟程序是多个指令的组合，在所述处理器10中运行时，可以实现：

根据预设的实体单元之间的部件结构作用构建大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型；

在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中施加动态捣固作业荷载进行大机捣固作业模拟，得到桥体动力响应；

在所述大机捣固作业-有砟道床-桥梁一体化空间耦合动力学模型中，根据预设的捣固作业频率及预设的下插深度确定桥体动力特性；

根据所述桥体动力响应及所述桥体动力特性确定大机捣固作业仿真模拟的全过程仿真模拟结果。

具体地，所述处理器10对上述指令的具体实现方法可参考附图对应实施例中相关步骤的描述，在此不赘述。

进一步地，所述设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个介质中。所述介质可以是易失性的，也可以是非易失性的。例如，所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)。

实施例五

本实施例提供了一种介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上文所述的桥梁大机捣固作业仿真模拟方法的步骤。

这些程序代码也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能的步骤。

介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。介质的例子可以包括但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。

本申请实施例可以基于人工智能技术对相关的数据进行获取和处理。其中，人工智能(Artificial Intelligence，AI)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。

此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。