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申请/专利权人：中南大学

摘要：本发明公开了一种高速铁路隧道口缓冲结构设计方法，包括：S1、设计样本工况隧道口缓冲结构参数；对样本工况进行数值模拟监测预选数值项作为标量场；S2、基于POD重构原理，根据数值模拟和标量场得到POD模态；根据隧道口缓冲结构参数和POD模态预测不同缓冲结构下的POD模态系数；S3、根据POD模态和不同缓冲结构下的POD模态系数，重构出不同缓冲结构下的标量场数据记为重构标量场数据集；S4、对重构标量场数据集中的标量场数据进行寻优处理得到最优标量场数据；根据最优标量场数据逆向分析得到最优隧道口缓冲结构参数，对隧道口缓冲结构进行设计。本发明还提供一种执行本发明的高速铁路隧道口缓冲结构设计方法的系统。

主权项：1.一种高速铁路隧道口缓冲结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、设计M组样本工况的隧道口缓冲结构参数，M为正整数；对样本工况进行数值模拟并监测预选数值项作为标量场；设计N组测试工况的隧道口缓冲结构参数，N为正整数；对测试工况进行数值模拟并监测预选数值项作为测试标量场；将所述测试工况的隧道口缓冲结构参数和所述测试标量场进行记录，作为测试集工况；所述预选数值项包括以下两种方案：第一种方案为：隧道口内预设位置处的微气压波数据；第二种方案为：隧道内大于车辆长度的预设位置处的压力梯度数据；对样本工况进行数值模拟并监测预选数值项作为标量场时，所述标量场用矩阵的形式表示为： 其中U表示标量场数据，m表示样本工况组数，n表示数值计算的时间步，i和j分别表示样本工况和时间步的索引；S2、基于POD重构原理，根据所述数值模拟和标量场得到POD模态；根据所述隧道口缓冲结构参数和所述POD模态，预测不同缓冲结构下的POD模态系数；根据所述数值模拟和标量场得到POD模态包括：根据所述数值模拟和标量场得到标量场的最优正交基函数δ，所述最优正交基函数δ即POD模态；所述最优正交基函数δ通过标量场数据U在其协方差矩阵S的特征向量v上投影得到：δ＝Uv其中协方差矩阵S表示为： 其中，m表示样本数，T表示矩阵转置；基于特征向量v的特征值λ大小，按大到小对δ内的各个POD模态进行排序，即第一模态到第m个模态；将协方差矩阵S在排序后的δ上投影，得到正交工况下对应的模态系数矩阵c，c＝Sδ；使用插值函数，预测样本工况中不同缓冲结构参数下标量场的模态系数矩阵c；根据所述隧道口缓冲结构参数和所述POD模态，预测不同缓冲结构下的POD模态系数包括：使用插值函数，建立所述隧道口缓冲结构参数与所述POD模态的系数的关联关系式，根据所述关联关系式预测不同缓冲结构参数下的POD模态系数；S3、根据所述POD模态和所述不同缓冲结构下的POD模态系数，重构出不同缓冲结构下的标量场数据，记为重构标量场数据集；使用所述测试集工况，对重构出的标量场数据进行测试，验证重构结果精度是否达标；根据所述POD模态和所述不同缓冲结构下的POD模态系数，重构出不同缓冲结构下的标量场数据的步骤包括：将前k个POD模态依次与某个缓冲结构参数下的POD模态系数依次相乘并累加，得到对应缓冲结构参数下标量场的重构结果： 其中，ur表示第r个重构工况下标量场预测结果，k表示用于重构的POD模态，表示第r个重构工况下第i个POD模态对应的模态系数，δi表示第i个POD模态；使用所述测试集工况，对重构出的标量场数据进行测试，验证重构结果精度是否达标的步骤包括：使用所述测试集工况中的测试标量场对重构出的标量场数据进行测试，若测试集工况中的测试标量场与重构出的标量场数据之间的决定系数均不小于0.98，且幅值偏差不大于2％，则认为重构出的标量场数据精度满足要求，进入S4；若重构出的标量场数据精度不满足要求，则增大M的取值，即增大样本工况的数量，进入S1；S4、对所述重构标量场数据集中的标量场数据进行寻优处理，得到最优标量场数据；根据所述最优标量场数据，逆向分析即得到最优隧道口缓冲结构参数，使用所述最优隧道口缓冲结构参数对高速铁路隧道口的缓冲结构进行设计；所述寻优处理包括：当所述预选数值项选择隧道口内预设位置处的微气压波数据时，寻优处理为寻找所述微气压波数据幅值最小值；当所述预选数值项选择隧道内大于车辆长度的预设位置处的压力梯度数据时，寻优处理为寻找所述压力梯度数据幅值的最小值。

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