地铁车辆段综合利用项目具有建筑体量大、结构类型多、占地面积广的特点。此外，车辆运行产生的振动频域范围宽。在利用有限元软件进行此类工程车致环境振动仿真分析时，往往面临模型规模大，时、空域离散精度要求高的难点。高性能有限元分析软件GFE可非常方便的进行建模计算，并且计算效率高。下面我们以某地铁车辆基地综合利用项目为例，采用GFE对其进行车致环境振动仿真分析，并将计算结果与现场实测结果进行对比，验证GFE软件的可靠性和优势。
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一.有限元模型
该综合利用项目首层为车辆段，二层为车库，三层平台上为物业。盖上为剪力墙结构住宅建筑和框架结构。根据计算需要，模型尺寸X×Y×Z=400m×240m×120m，建筑楼板、剪力墙等结构采用四边形壳体单元模拟；建筑结构梁和桩采用梁单元模拟；土体采用二阶四面体实体单元模拟。
结构和土体网格尺寸均按1m划分，模型总节点数1972602个，总单元数10126620个，其中梁单元数84823个，三角形壳单元32125个，四边形壳单元267877个，二阶四面体实体单元9741795个。结构位置分布图如图1所示，土-结构整体有限元模型如图2所示。
图1 结构位置分布图
图2 土-结构整体有限元模型
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二.列车荷载
GFE软件的列车荷载计算可考虑轨道垂向不平顺引起的惯性力，支持不同列车参数和轨道不平顺等级的用户自定义，基于轮轨接触假定，将轨道不平顺作为激励，求解出轮轨力作为列车荷载输入模型。轮轨力计算结果如图3所示，图4所示的钢轨振动响应与实测数据高度一致，验证了振动源模拟的准确性。
图3 轮轨力计算结果
图4 轨道垂向振动加速度对比
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三.计算结果
模拟列车运行工况如图5所示。采用动力显式算法计算，模型总节点数 1972602 个，总单元数 10126620 个，模型总模拟时间 90 sec，稳定时间步长 5e-5 sec，总计算时间 65 hour 47 min 12 sec ,所得计算结果如下，图6为列车运行全过程位移云图。
图5 模拟列车运行工况示意图
列车荷载作用下土-结构的位移反应
列车荷载作用下结构的位移反应
图6 列车运行全过程位移云图
提取剪力墙结构住宅建筑A1和框架结构幼儿园建筑A2铅垂向加速度计算结果进行环境振动评价，并与实测结果进行对比。图7为建筑加速度云图，图8为建筑室内地面中央拾振点计权加速度级。
（a）A1
（b）A2
图7 建筑加速度云图
图8 建筑室内地面中央拾振点计权加速度级
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四.结论
地铁车辆基地综合利用项目具有建筑体量大、结构类型多的特点，轨道交通引起的振动频域范围较宽，时、空域离散精度要求高。常规软件在进行有限元仿真计算时，面临建模困难、计算工作量巨大等难点。
GFE软件支持复杂结构模型的快捷建立，可以一键生成黏弹性人工边界，软件自主研发的列车荷载计算模块可以精确模拟轨道交通列车轮轨力数据，通过等效连续加载方式输入有限元模型。软件采用显式动力分析方法，基于多GPU并行计算，在保证计算结果与实测数据的基本一致的前提下，其计算效率远高于其他国际通用有限元软件。综上所述，GFE软件可以较好的解决城市轨道交通环境振动有限元仿真问题。
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公司简介
广州颖力科技有限公司由国家重大人才工程专家李志山博士和曹胜涛博士创建。公司设立在清华珠三角研究院总部的孵化基地，为黄埔开发区的创业英才公司，并入选广州市“红棉计划”。
公司致力于工业和工程领域的高性能有限元分析软件的开发及推广应用，自主研发基于CPU+GPU异构并行计算技术的高性能通用有限元分析软件GFE。在杜修力院士、赵密教授等专家的指导下，公司自主研发了地下结构动力分析软件GFE-SSA，全面支持我国地下结构抗震设计规范。GFE系列软件填补了国内技术的空白，在工业界具有广阔的应用市场前景。
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