[振动控制][编程] VTC-DAP: Vehicle-Track Nonlinear Coupled Dynamics Analysis Program [车辆-轨道非线性耦合动力分析程序]

实干、实践、积累、思考、创新。

程序图标 (Program Icon)

程序介绍 ( Program Introduction)

VTC-DAP: Vehicle-Track Nonlinear Coupled Dynamics Analysis Program 是一款车辆-轨道非线性耦合动力分析程序。程序基于成熟的车辆-轨道耦合动力学理论与交叉迭代求解法(Cross-Iteration Solution Algorithm)构建，能够高精度模拟列车与线路系统的动态相互作用。

核心算法原理 Core Algorithm Principles

程序基于车辆-轨道耦合动力学理论与交叉迭代求解法，该算法将复杂的车-轨大系统解耦为两个子系统分别求解：

（1）车辆子系统：基于多体动力学理论，将车辆建模为由刚体（车体、转向架、轮对）与非线性悬挂元件组成的多自由度系统，其控制方程为非线性微分方程组。

（2）轨道子系统：采用有限元法/连续弹性梁理论，将轨道结构（钢轨、轨枕、道床、路基）离散为质量-弹簧-阻尼体系，其控制方程为大型线性方程组。

两子系统通过轮轨接触力(wheel-rail contact force)与轮轨几何相容条件动态耦合。在每个时间步内，程序对车辆与轨道模型进行独立、交替的迭代求解，直至轮轨相互作用力达到收敛标准。该方法在保证求解精度的同时，显著提升了计算效率与数值稳定性。

核心功能模块 Core Functional Modules

（1）激励输入 Excitation Input

内嵌美国联邦铁路管理局轨道不平顺谱、德国高速铁路轨道不平顺、中国轨道短波不平顺谱，可生成多组轨道高低不平顺样本。

（2）车辆模型构建 Vehicle Model Construction

目前主要支持10自由度的整车附二系悬挂的车辆模型。

（3）轨道模型构建 Track Model Construction

目前主要支持三类轨道单元模型：3层板式轨道单元N6D12、3层有砟轨道单元N6D8和1层普通轨道单元N2D4。

（4）轨道结构模态分析 Track Structure Modal Analysis

程序支持对下部轨道结构进行模态分析，获取轨道结构的固有频率与振型。

（5）车辆-轨道耦合系统非线性动力时程分析 Nonlinear Dynamic Time-History Analysis of the Vehicle-Track Coupled System

支持定义多工况，完整求解车辆与轨道系统在时域内的非线性动力响应，允许自定义的工况参考包括列车速度、是否考虑轨道不平顺、轨道阻尼、时间步长、收敛精度等。

（6）结果后处理 Result Post-Processing

可输出全面的时程结果，包括：

车体垂向振动位移、速度、加速度 Carbody vertical displacement, velocity, acceleration
转向架垂向振动位移、速度、加速度 Bogie frame vertical displacement, velocity, acceleration
轮对垂向振动位移、速度、加速度 Wheelset vertical displacement, velocity, acceleration
轮轨垂向力 Vertical wheel-rail force
钢轨节点垂向位移、速度、加速度 Rail node vertical displacement, velocity, acceleration
轨道板节点垂向位移、速度、加速度 Track slab node vertical displacement, velocity, acceleration
底座板节点垂向位移、速度、加速度 Base slab/Supporting layer node vertical displacement, velocity, acceleration
扣件反力 Fastener reaction force
迭代次数 Iteration count per step