技术摘要：
本发明提供了一种高速铁路无砟轨道高低温试验平台的设计方法。该方法包括：应用有限元软件建立高速铁路无砟轨道高低温试验平台模型，其中包括试验箱库体模型、试验箱底座模型、工作空间流体模型和无砟轨道模型，试验箱库体模型固定设置在试验箱底座模型的上面，无砟轨  全部
背景技术：
我国地域广阔，气候条件差异大，高速铁路无砟轨道作为置于自然环境中的混凝 土结构工程，经受各种自然环境条件变化的影响，其表面和内部各点温度随时都在发生变 化，并由此产生温度变形以及无砟轨道病害，大量的现场分析表明，目前无砟轨道的病害大 多由温度荷载引起，温度荷载作用下的变形失调是无砟轨道病害的主要诱因。 针对无砟轨道的病害问题，目前国内外学者多开展室外试验，室外试验不仅需要 耗费大量的时间与人力物力，且针对某一特定工点仅研究了温度场对轨道部件受力的影 响，并没有考虑极端高低温、温度循环等对轨道部件病害的产生与发展的影响。而高速铁路 无砟轨道的试验箱可针对无砟轨道进行极端高低温、温度循环开展室内试验，以解决室外 无法达到的试验需求，但目前针对室内试验的高速铁路无砟轨道的试验箱并未建立，平台 建设还处在前期阶段，对高速铁路无砟轨道试验箱的设计还尚无系统性的方法。
技术实现要素：
本发明的实施例提供了一种高速铁路无砟轨道高低温试验平台的设计方法，以克 服现有技术的问题。 为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。 一种高速铁路无砟轨道高低温试验平台的设计方法，包括： 应用有限元软件建立高速铁路无砟轨道高低温试验平台模型，其中包括试验箱库 体模型、试验箱底座模型、工作空间流体模型和无砟轨道模型，所述试验箱库体模型固定设 置在所述试验箱底座模型的上面，所述工作空间流体模型为试验平台模型内的未被物体占 据、需要进行加热或降温的流体空间，所述无砟轨道模型固定设置在所述试验箱库体模型 中； 根据所述高速铁路无砟轨道高低温试验平台模型的保温效果、稳定性和适用性性 能指标调整所述高速铁路无砟轨道高低温试验平台模型中的部件结构，实现对无砟轨道高 低温试验平台的设计与优化。 优选地，所述试验箱库体模型的库体板采用内胆、中间保温层和外胆三层结构，内 胆材料为不锈钢板，外胆材料为彩钢板，中间保温层为保温隔热材料，所述内胆、中间保温 层和外胆均采用实体单元进行模拟。 优选地，所述试验箱底座模型采用钢板加上混凝土底座或者整体混凝土基础结构 形式，位于试验箱库体模型的底部。 优选地，所述无砟轨道模型包括钢轨、扣件单元、轨道板、砂浆层、支承层和宽窄接 缝，其中钢轨采用梁单元进行模拟，扣件单元采用弹簧单元进行模拟，轨道板、砂浆层、支承 4 CN 111611635 A 说　明　书 2/9 页 层采用实体单元进行模拟，在无砟轨道模型的约束端部通过设置反力墙和千斤顶实现对纵 连无砟轨道的纵向约束，反力墙与千斤顶均采用实体单元模拟，千斤顶预压力通过对千斤 顶部件进行升温实现。 优选地，在所述试验箱库体模型与所述工作空间流体模型的交界处设置进风口部 件模型和出风口部件模型，该进风口部件模型和出风口部件模型为边长为0.5m的正方体流 体空间部件。 优选地，所述的方法包括： 应用有限元软件建立高速铁路无砟轨道高低温试验平台的空间耦合传热学模型， 该空间耦合传热学模型具体包括： (1)高低温试验箱箱体具体的长宽高尺寸，并考虑材料的弹性模量、泊松比、密度、 膨胀系数、导热系数和比热； (2)试验箱底座具体的长宽高尺寸，并考虑材料的弹性模量、泊松比、密度、膨胀系 数、导热系数和比热； (3)工作空间流体部件，基于平台尺寸以及试验箱内铺设的试验用无砟轨道结构， 确定非空载情况下内部长方体流体空间的尺寸，建立非空载情况下的工作空间流体部件， 考虑空气流体的密度、膨胀系数、热传导率、比热和动力粘度系数； (4)进出风口部件，根据设计要求设为一定尺寸的正方体流体空间部件，并放置于 平台箱体边缘位置，考虑空气流体的密度、膨胀系数、热传导率、比热和动力粘度系数。 (5)试验用无砟轨道结构，考虑两端纵向约束，并考虑无砟轨道结构实际传热学材 料属性及几何尺寸建模。 优选地，利用所述工作空间流体模型计算升温条件和降温条件下的内部空气温度 场分布，调整进出风口位置、进出风方式、进风速度和温度设定值，以满足试验平台的保温 隔热性能要求。 优选地，在相同箱体结构层厚度的情况下，保温层材料自身的导热系数越低，箱体 结构的热阻越大，箱体平均导热系数越小，试验平台模型的保温隔热性能越好。 优选地，当所述试验平台模型进行升温实验时，将进风口和回风口设置在试验箱 体的同侧，且进风口在回风口上方。 优选地，所述试验箱箱体的顶部库体板为顶板，采用静力分析方法在仅考虑结构 自重条件下计算所述顶板的竖向位移，增加所述顶板的内外结构层的厚度或者对比设置多 对侧面支承柱支承所述试验箱库体模型，来降低所述顶板在自身重力荷载作用下产生的竖 向位移。 由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的高速铁路无砟 轨道高低温试验平台的设计方法的可视化程度高、建模配置灵活、设计因素考虑全面，可为 高速铁路无砟轨道高低温试验平台的建立提供系统、完整的设计方法，解决该类试验平台 前期工作问题。 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。 5 CN 111611635 A 说　明　书 3/9 页 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 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为本发明实施例提供的一种高速铁路无砟轨道高低温试验平台模型的结构透 视图； 图2为本发明实施例提供的一种试验箱库体模型及试验箱底座模型的有限元模型 示意图； 图3为本发明实施例提供的一种工作空间流体模型的示意图； 图4为本发明实施例提供的一种进风口模型和出风口模型的示意图； 图5为本发明实施例提供的一种试验箱内无砟轨道轨道结构模型图； 图6为本发明实施例提供的一种自重作用下改进设计前的箱体顶板竖向位移示意 图； 图7为本发明实施例提供的一种随顶板结构加厚其竖向位移变化示意图； 图8为本发明实施例提供的一种支承柱布置后顶板竖向位移示意图； 图9为本发明实施例提供的一种隔热层采用不同保温层材料下的箱体热阻对比示 意图； 图10为本发明实施例提供的一种隔热层采用不同保温层材料下的箱体平均导热 系数对比示意图； 图11为本发明实施例提供的一种隔热层采用不同保温层材料下的低温工作时外 壁温度示意图； 图12为本发明实施例提供的一种升温情况下，三种备选进出风方式示意图，上进 风、下回风下进风、上回风，左进风、右回风； 图13为本发明实施例提供的一种试验箱内竖直方向不同高度的水平面选取示意 图； 图14为本发明实施例提供的一种试验箱内各高度水平面上，1号温度节点的选取 位置示意图； 图15为本发明实施例提供的一种采用上进风、下回风的升温方式时空气垂向温度 梯度变化曲线示意图； 图16为本发明实施例提供的一种采用下进风、上回风的升温方式时空气垂向温度 梯度变化曲线示意图； 图17为本发明实施例提供的一种采用左进风、右回风的升温方式时空气垂向温度 梯度变化曲线示意图。