日本研發超級計算機輪軌關系模擬分析系統

發布時間:2020-09-29 【字體:

  

     【《RRR2020年第4期報道】當列車在鋼軌上運行時,幾十到一百平方毫米的輪軌接觸面會産生多種方向、不同大小的應力,並承擔數噸重的荷載。隨著車輪在鋼軌上不斷滾動或滑動,荷載不斷變化,可能導致輪軌材料的磨損、起泡撕裂甚至折斷,進而引起或加劇車輛的噪聲、振動、顛簸,影響乘坐舒適感,增大維護作業難度,甚至威脅行車安全。

  由于輪軌接觸面病害産生和發展的原因非常複雜,傳統上一般通過實驗來重現輪軌各種損傷的外觀、産生機理和發展趨勢。近年來,數值分析技術成爲重現和預測輪軌作用及損傷象的有效手段。日本鐵道綜研所借助2018年引進的“究-2”型(CrayXC50)超級計算機,使用大規模並行計算技術和有限元方法,開發了一套大型並行計算模擬分析軟件工具——“輪軌滾動接觸模擬器”,該模擬器能夠模擬左右車輪滾動,在前後1~2對車軸提供驅動扭矩時,對輪軌接觸面各種應力的方向和大小進行數值計算分析,以圖表形式得出仿真結果。此外,由于許多輪軌損壞現象通常發生在鐵路曲線部分,需要對車輛在曲線上運行時産生的輪軌磨損情況進行模擬和動態分析,日本鐵道綜研所開發了單軸單輪模型、兩軸兩輪模型和兩軸四輪模型,增加了列車在高曲線、急彎道處走行時,模擬輪軌相關作用的功能。

  -2”型超級計算機具有9504CPU,計算能力達每秒821.1万亿次浮点运算,适用于大型并行计算处理。日本铁道综研所利用该计算机开展轮轨、桥梁、隧道、列车运行等大型结构、复杂运动等力学现象的构造分析、运行模拟与数值仿真。同时,在模拟器中,日本铁道综研所对可能产生多种应力的接触面和外围部分,使用较小尺寸的细网格进行分割,并通过选择适当的元素和设置边界条件来创建整個分析模型,从而确保计算精度。而对其他部分则采取粗网格办法建模,并减少整体的自由度,从而提高模拟效率。

                                                                        (來源:中國鐵道科學研究院集團有限公司科學技術信息研究所)

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