CN113779692B - 刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种刚‑弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真***及方法，包括：计算机高级语言程序、有限元软件程序和状态寄存器；计算机高级语言程序用于编写主程序、建立刚体车辆***以及计算轮轨力；有限元软件程序用于实现对弹性轨道结构***建模；状态寄存器用于控制计算机高级语言和有限元软件程序联动，以实现刚体与弹性体之间的耦合动力计算，状态寄存器采用TXT格式文档，采用计算机高级语言程序和有限元软件程序对状态寄存器的内容进行读取和修改，联动的各软件通过读取修改后的状态寄存器内容确定运行或等待运行。本方法方便实现不同软件的联动实时交替运行，且修改与读取状态寄存器快捷。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种刚-弹性车辆轨道耦合***多软件联动仿真方法。
背景技术
随着我国城市建设的蓬勃发展，截至2019年底，我国已有40个城市建设开通了城市轨道交通，总里程达6730.27公里。城市轨道交通在建设及运行中，需解决安全性、舒适性、对环境影响等多种问题，此时传统的车辆、轨道分别研究的方法难以胜任，需要采用车辆-轨道-环境结构耦合分析方法进行动力研究。因此如何快速准确计算车辆-轨道-环境结构耦合***动力响应成为一个关键问题。
目前车辆-轨道耦合仿真的常见时域实现方法主要有两种：
第一种是有限元软件建模法：该方法对车辆-轨道-环境结构进行有限元整体建模，车辆建模为弹性悬挂***，钢轨通过梁单元模拟，轨道板采用实体单元或壳单元模拟，扣件、垫层等通过弹簧阻尼单元模拟。车辆-轨道耦合通过设置接触单元实现，车辆-轨道整体建模，车辆自身存在自由度较多，且轮轨关系通过接触单元进行非线性计算，计算效率较低。
第二种是控制方程建模法：该方法将车辆模型考虑为多自由度体系，以控制方程给出；对轨道模型简化为梁(钢轨)、板(轨道板)模型，采用控制方程给出，利用模态叠加法求解轨道动力响应。此方法适用于轨道模型简单规则的情况；对轨道形式复杂且存在附加构件等情况，以控制方程给出模型，往往需要对模型作出简化，简化模型与实际模型的动力特性有较大的差异；利用模态叠加法求解轨道响应也存在精度问题。采用此法需所考虑车辆-轨道模型，尤其是轨道模型尽可能满足周期性、连续性，不均匀的轨道参数等会大大提升建模难度。若需在已有程序中添加额外的轨道附属结构，如浮置板、侧向限位装置等，需要重新推导控制方程，尤其是不均匀布置相关附属结构时，建模困难。另外，即便对规则简单构型的轨道结构，采用控制方程建模法时简化的梁、板模型与真实的结构行为依然存在偏差，影响计算精度。
同时，计算机高级语言与有限元软件通常无法实现二者的同步交替计算。针对不同的软件，需要了解是否存在联动接口、接口的功能限制、如何使用接口等问题，学习成本较大，且速度可能较慢。
因此，亟需一种可以有效应对有限元建模法计算效率低以及控制方程建模法计算精度低的问题的方法。
发明内容
本发明提供了一种刚-弹性车辆轨道耦合***多软件联动仿真方法，以解决现有技术问题中存在的缺陷。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真***，包括：计算机高级语言程序、有限元软件程序和状态寄存器；
所述计算机高级语言程序用于采用计算机高级语言编写主程序、建立刚体车辆***以及计算轮轨力；
所述有限元软件程序用于采用有限元软件实现对弹性轨道结构***建模；
所述状态寄存器用于控制计算机高级语言程序和有限元软件程序联动，实现刚体与弹性体之间的耦合动力计算，所述状态寄存器采用TXT格式文档，所述计算机高级语言程序和有限元软件程序对状态寄存器的内容进行读取和修改，联动的各软件通过读取修改后的状态寄存器内容确定运行或等待运行。
优选地，计算机高级语言程序包括：主控模块、车辆模型模块和轮轨耦合模块；
所述主控模块用于采用计算机高级语言对主程序编写以及对状态寄存器的内容进行读取和修改；
所述车辆模型模块用于采用计算机高级语言建立刚体车辆***；
所述轮轨耦合模块用于根据采用Hertz接触理论和Kalker线性蠕滑力模型，采用计算机高级语言实现对车辆***与轨道***之间的轮轨力耦合的轮轨力的计算。
优选地，有限元软件程序包括：轨道模型模块和动力计算模块；
所述轨道模型模块用于采用有限元软件对弹性轨道结构***建模；
所述动力计算模块用于采用有限元软件对弹性轨道结构***建模的计算以及对状态寄存器的内容进行读取和修改。
优选地，主控模块包括参数输入子模块、计算机高级语言读写数据子程序和计算机高级语言联动命令子模块；
所述车辆模型模块包括车辆模型控制方程生成子程序；
所述轮轨耦合模块包括轨道不平顺样本生成子程序、轮轨力计算子程序、节点力换算子程序和接触点位移换算子程序；
所述参数输入子模块用于实现参数的输入以及车辆模型模块、轨道模型模块和轨道不平顺样本生成子程序的参数化修改；
所述计算机高级语言读写数据子程序用于对进行状态寄存器的内容进行读取或修改；
所述计算机高级语言联动命令子模块用于根据计算机高级语言读写数据子程序读取的状态寄存器内容确定运行或等待运行；
所述车辆模型控制方程生成子程序用于以控制方程形式生成车辆模型；
所述轨道不平顺样本生成子程序用于采用逆傅里叶变换法生成轨道不平顺样本；
所述轮轨力计算子程序用于根据接触点位移换算子程序的钢轨单元节点到接触点的位移换算、车辆响应及轨道不平顺并计算轮轨力；采用节点力换算子程序的钢轨单元内集中力到节点力换算，用于轮轨力在轨道***的施加。
优选地，轨道模型模块包括轨道***有限元模型生成子程序；所述动力计算模块包括：有限元软件瞬态分析子程序、有限元软件读写数据子程序和有限元软件联动命令子模块；
所述轨道***有限元模型生成子程序用于从计算机高级语言主控模块获得相关参数根据有限元软件进行三维建模；
所述有限元软件瞬态分析子程序用于有限元模型的荷载施加及动力响应求解，包括FULL方法及模态叠加法；
所述有限元软件读写数据子程序用于对进行状态寄存器的内容进行读取或修改；
所述有限元软件联动命令子模块用于根据有限元软件读写数据子程序读取的状态寄存器内容确定运行或等待运行。
优选地，车辆模型为10自由度垂向车辆模型或35自由度车辆模型，具体包括：车厢、两个转向架、四个车轮的自由度，车厢通过二系悬挂与转向架连接，转向架通过一系悬挂与车轮连接。
优选地，轮轨力计算子程序计算轮轨力时所需“车轮-钢轨接触点弹性压缩量”由计算机高级语言程序积分得到车辆模型位移响应、有限元软件程序求解轨道***接触点位移和轨道不平顺样本值共同计算得到。
本发明的另一方面提供了一种刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真方法，包括如下步骤：
采用计算机高级语言编写主程序、建立刚体车辆***以及计算轮轨力；
采用有限元软件实现弹性轨道结构***建模；
采用状态寄存器实现计算机高级语言和有限元软件，以完成刚体与弹性体之间的耦合计算，所述状态寄存器采用TXT格式文档，采用计算机高级语言和有限元软件对状态寄存器的内容进行读取和修改，联动的各软件通过读取修改后的状态寄存器确定运行或等待运行。
优选地，该方法具体包括：
采用计算机高级语言对主程序编写以及对状态寄存器的内容进行读取和修改；
采用计算机高级语言建立刚体车辆***；
采用逆傅里叶变换法生成轨道不平顺样本；根据钢轨单元节点到接触点的换算位移、车辆响应及轨道不平顺，应用Hertz接触理论和Kalker线性蠕滑力模型，采用计算机高级语言实现对车辆***与轨道***之间的轮轨力耦合的轮轨力的计算；
采用有限元软件对弹性轨道结构***建模；
采用有限元软件对弹性轨道结构***的计算以及对状态寄存器的内容进行读取和修改。
由上述本发明的刚-弹性车辆轨道耦合***多软件联动仿真方法提供的技术方案可以看出，本发明的仿真方法具有以下优点：
1)本方法中车辆***简化为刚体***，通过控制方程给出并利用计算机高级语言建模，轮轨关系利用计算机高级语言计算，轨道模型采用有限元建模；车体部分利用计算机高级语言直接积分求解，速度快；轮轨关系利用计算机高级语言直接计算，避免轮轨非线性接触问题在有限元软件中的求解困难，由此可降低有限元整体建模法所带来的计算难度。
2)本方法采用有限元法对轨道及其附属结构进行精细化建模，与真实轨道特性更为接近，可以获得轨道任意位置的更为精确的动力响应。
3)本方法中采用有限元法进行轨道建模，适用于任意形式轨道结构，且可方便添加形式多样且布置形式复杂的轨道附加部件。
4)计算机高级语言与有限元软件通常无法实现二者的同步交替计算，且针对不同的软件，需要了解是否存在联动接口、接口的功能限制、如何使用接口等问题，学习成本较大，且速度可能较慢，本方法通过多软件联动状态寄存器，可以方便实现不同软件的联动运行，且修改与读取状态寄存器快捷，解决了已有“多软件联动”接口使用难度高、效率低的问题。
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。
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为实施例一的刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真***结构示意图；
图2为实施例二的刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真方法流程示意图；
图3为实施例三的浮置板上表面中心节点的浮置板加速度响应时程曲线图；
图4为实施例三的浮置板上表面中心节点的浮置板位移响应时程曲线图；
图5为实施例三的浮置板后第四个扣件处的钢轨位移响应时程曲线图；
图6为实施例三的第一节车厢前转向架的转向架加速度响应时程曲线图；
图7为实施例三的浮置板后第四个扣件处的扣件支反力响应时程曲线图；
图8为实施例三的第一节车厢第一个轮对的轮轨力响应时程曲线图；
图9为实施例三的第一节车厢第一个轮对的轮对位移响应时程曲线图；
图10为实施例三的第一节车厢的车体加速度响应时程曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
实施例一
图1为本实施例的刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真***结构示意图，参照图1，包括：计算机高级语言程序100、有限元软件程序300和状态寄存器200。
其中，计算机高级语言程序100采用MatlabScript编写及运行，有限元软件程序300采用Ansys的APDL编写及运行。
计算机高级语言程序100用于采用计算机高级语言对主程序编写、刚体车辆***的建立以及对轮轨力的计算；有限元软件程序300用于采用有限元软件对弹性轨道结构***实现建模；状态寄存器200用于计算机高级语言编写和有限元软件程序联动控制(交替运行)，以实现刚体与弹性体之间的耦合动力计算，状态寄存器200采用TXT格式文档，计算机高级语言程序100和有限元软件程序300对状态寄存器200的内容进行读取和修改，联动的各软件通过读取计算机高级语言程序100和有限元软件程序300修改后的状态寄存器200内容确定运行或等待运行。
计算机高级语言程序100包括：主控模块110、车辆模型模块120和轮轨耦合模块130。
主控模块110用于采用计算机高级语言对主程序编写以及对状态寄存器的内容进行读取和修改；车辆模型模块120用于采用计算机高级语言实现刚体车辆***的建立；轮轨耦合模块130用于根据采用Hertz接触理论和Kalker线性蠕滑力模型，采用计算机高级语言实现对车辆***与轨道***之间轮轨力的计算。
主控模块110包括参数输入子模块111、计算机高级语言读写数据子程序112和计算机高级语言联动命令子模块113。
参数输入子模块111用于实现参数的输入以及车辆模型模块120、轨道模型模块310和轨道不平顺样本生成子程序131的参数化修改；计算机高级语言读写数据子程序112用于对进行状态寄存器200的内容进行读取或修改；计算机高级语言联动命令子模块113用于根据计算机高级语言读写数据子程序112读取的状态寄存器200内容命令确定运行或等待运行。
车辆模型模块120包括车辆模型控制方程生成子程序121，用于以控制方程形式生成车辆模型。
轮轨耦合模块130包括轨道不平顺样本生成子程序131、轮轨力计算子程序132、节点力换算子程序133和接触点位移换算子程序134。
轨道不平顺样本生成子程序131用于采用逆傅里叶变换法生成轨道不平顺样本，可自定义波长范围、时域样本长度、时域样本时间间隔、轨道不平顺等级及轨道不平顺时域样本功率谱密度验证；轮轨力计算子程序132用于根据接触点位移换算子程序134的钢轨单元节点到接触点的位移、车辆响应及轨道不平顺并计算轮轨力；节点力换算子程序133实现轮轨力钢轨单元内集中力到节点力换算，用于施加轨道荷载。
有限元软件所提取节点位移需通过接触点位移换算子程序134换算为接触点位移，涉及钢轨单元形函数；轮轨力施加于有限元钢轨单元节点，需利用节点力换算子程序133换算至车轮-钢轨接触点所在钢轨单元两端节点，涉及静力荷载等效。
有限元软件程序300包括：轨道模型模块310和动力计算模块320。
轨道模型模块310用于采用有限元软件对弹性轨道结构***建模；动力计算模块320用于采用有限元软件对弹性轨道结构***建模的计算以及对状态寄存器的内容进行读取和修改。
轨道模型模块310包括轨道***有限元模型生成子程序311；动力计算模块320包括：有限元软件瞬态分析子程序321、有限元软件读写数据子程序322和有限元软件联动命令子模块323。
轨道***有限元模型生成子程序311用于从计算机高级语言主控模块获得相关参数根据有限元软件进行三维建模；所述有限元软件瞬态分析子程序321用于有限元模型的荷载施加及动力响应求解；有限元软件读写数据子程序322用于对进行状态寄存器的内容进行读取或修改；有限元软件联动命令子模块323用于根据有限元软件读写数据子程序读取的状态寄存器内容命令联动的各软件确定运行或等待运行。轨道及其附属结构在有限元软件中三维建模，模型精度高；对于小规模模型，利用“Full”法求解，求解精度高；对于大规模模型，利用“模态叠加法”求解，求解速度快，精度较高。依据此，相较于控制方程建模法精度提高。
轨道***有限元模型生成子程序311利用有限元软件读写数据子程序322从计算机高级语言程序100的主控模块110获得相关参数，实现轨道模型模块310的建模，诸如钢轨长度、扣件间距、是否考虑浮置板、是否考虑浮置板间的剪力铰、浮置板的相关参数、各部件的材料属性、各部件的动力学参数等均可实现参数化修改、自动建模；动力计算模块320利用有限元软件读写数据子程序322读取仿真总时长、仿真车辆节数、仿真车辆长度方向几何参数、仿真时间步长，可实现有限元软件动力计算的参数化修改。
其中，车辆模型为10自由度垂向车辆模型或35自由度车辆模型，具体包括：车厢、两个转向架、四个车轮的自由度，车厢通过二系悬挂与转向架连接，转向架通过一系悬挂与车轮连接。车轮与轨道之间通过Hertz非线性接触和Kalker线性蠕滑力模型等实现耦合。
本实施例的车辆模型通过新型显示积分方法求解，轨道模型采用Newmark-β法隐式积分求解。
轮轨力计算子程序132计算轮轨力时所需“车轮-钢轨接触点弹性压缩量”由计算机高级语言程序(100)积分得到车辆模型位移响应、有限元软件程序(300)求解轨道***接触点位移和轨道不平顺样本生成子程序131所生成轨道不平顺样本共同计算得到。
实施例二
本实施例提供了刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真方法，参照图2，包括如下步骤：
S1、采用计算机高级语言对主程序编写、刚体车辆***的建立以及对轮轨力的计算。
S11、采用计算机高级语言对主程序编写以及对状态寄存器的内容进行读取和修改。
S12、采用计算机高级语言实现刚体车辆***的建立。
S13、采用逆傅里叶变换法生成轨道不平顺样本；根据钢轨单元节点到接触点的换算位移、车辆响应及轨道不平顺，应用Hertz接触理论和Kalker线性蠕滑力模型，采用计算机高级语言实现对车辆***与轨道***之间的轮轨力耦合的轮轨力的计算。
S2、采用有限元软件对弹性轨道结构***实现建模。
S21、采用有限元软件对弹性轨道结构***建模，如：轨道板采用实体单元或壳单元，钢轨采用梁单元，扣件采用弹簧阻尼单元。扣件单元两端通过共节点的形式分别耦合钢轨节点、轨道板节点自由度。其余所需结构参考常用建模方法。
S22、采用有限元软件对弹性轨道结构***建模的计算以及对状态寄存器的内容进行读取和修改。
S3、采用状态寄存器实现刚体与弹性体之间的耦合，状态寄存器采用TXT格式文档，采用计算机高级语言和有限元软件对状态寄存器的内容进行读取和修改，联动的各软件通过读取修改后的状态寄存器确定运行或等待运行。通过修改状态寄存器交出控制权并决定其后运行的软件。
图2为本实施例的刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真方法流程示意图。参照图2，具体流程如下：
1)输入车辆、轨道相关参数，生成车辆的控制方程；利用计算机高级语言将轨道参数写入TXT文本；同时生成轨道不平顺样本或读取现有样本；利用有限元软件读取轨道参数TXT文本数据，并建立有限元模型；
2)计算轮轨力(初始步为静载)，作为荷载代入车辆方程，并利用新型显示积分方法(翟方法)计算下一步车***移、速度，将静载换算为有限元软件轨道模型钢轨节点荷载，并写入“荷载TXT文本”，有限元软件读取荷载数据后，计算轨道的响应，并将下一步车辆所在钢轨单元两端节点位移写入“位移TXT文本”；
3)读取“位移TXT文本”的钢轨节点位移数据，并换算轮轨接触点位移，先前已用“翟方法”积分求得的车辆位移，结合本时间节点轨道不平顺，基于Hertz非线性接触和Kalker线性蠕滑力模型，计算新的轮轨力。
4)将轮轨力作为新的荷载施加于车辆及轨道结构，重复第2、3步，即可进行新一轮循环。
综上所述，通过采用计算机高级语言主控整体流程，基于状态寄存器的设置，实现计算机高级语言程序与有限元软件程序的自动高速交替运行。采用参数化设计，实现模型各部分模型在参数输入模块的参数化修改，大大提升修改模型的速度，避免重复性工作。采用“刚体车辆控制方程-弹性轨道结构有限元模型”的耦合计算技术，实现车辆方程与轨道有限元模型的轮轨耦合计算，避免采用接触单元的有限元模型非线性求解困难的问题，又在模型精细化程度方面，相对全控制方程建模有明显提升。
实施例三
本实施例采用了刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真***及方法进行具体的应用，考虑B2型地铁列车在浮置板轨道结构上运行。表1和表2分别给出浮置板轨道结构和车体结构的主要参数；计算中列车采用8节编组，车速80km/h，浮置板采用单块，仅轨道向浮置板前后各延长50m。根据美国5级轨道谱生成轨道不平顺样本，波长取1～30m。
表1浮置板轨道材料参数
表2车辆参数
采用上述模型，利用本***进行建模仿真，得到钢轨、浮置板、车体各部件的位移、速度、加速度响应，同时可以得到车辆编组中每一个轮对经历的轮轨力时程、车辆经过时扣件的支反力等，图3～图10为本实施例的结果展示，通过附图可以看出各数据曲线形态良好、数值区间合理，可利用以上数据可对车辆运行安全、舒适度及其引起的环境振动进行评估，说明了本***及方法的可行性与实用性。
本领域技术人员应能理解上述的应用类型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的输入框应用类型如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。本实施例以Matlab-Ansys的软件组合为例来说明，相关技术可拓展使用其他类似计算机高级语言(如VisualBasic、Fortran、Python等)+商用有限元软件(如Abaqus、Comsol Multiphysics、Adina、Msc等)组合来完成。
本实施例以车辆-轨道耦合模型为例来进行说明，相关技术可方便拓展应用到“车辆-轨道-场地(桥梁、隧道、场地土)-结构”***模型建立，也可拓展应用到其他类似工程问题。
本领域技术人员应能理解，图1仅为简明起见而示出的各类元素的数量可能小于实际中的数量，但这种省略无疑是以不会影响对发明实施例进行清楚、充分的公开为前提的。
本领域技术人员应能理解，上述所举的根据用户信息决定调用策略仅为更好地说明本发明实施例的技术方案，而非对本发明实施例作出的限定。任何根据用户属性来决定调用策略的方法，均包含在本发明实施例的范围内。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真***，其特征在于，包括：计算机高级语言程序、有限元软件程序和状态寄存器；所述计算机高级语言程序包括：主控模块、车辆模型模块和轮轨耦合模块；
所述主控模块用于采用计算机高级语言对主程序编写以及对状态寄存器的内容进行读取和修改；
所述车辆模型模块用于采用计算机高级语言建立刚体车辆***；
所述轮轨耦合模块用于根据采用Hertz接触理论和Kalker线性蠕滑力模型，采用计算机高级语言实现对车辆***与轨道***之间的轮轨力耦合的轮轨力的计算；
所述主控模块包括参数输入子模块、计算机高级语言读写数据子程序和计算机高级语言联动命令子模块；
所述车辆模型模块包括车辆模型控制方程生成子程序；
所述轮轨耦合模块包括轨道不平顺样本生成子程序、轮轨力计算子程序、节点力换算子程序和接触点位移换算子程序；
所述参数输入子模块用于实现参数的输入以及车辆模型模块、轨道模型模块和轨道不平顺样本生成子程序的参数化修改；
所述计算机高级语言读写数据子程序用于对进行状态寄存器的内容进行读取或修改；
所述计算机高级语言联动命令子模块用于根据计算机高级语言读写数据子程序读取的状态寄存器内容确定运行或等待运行；
所述车辆模型控制方程生成子程序用于以控制方程形式生成车辆模型；
所述轨道不平顺样本生成子程序用于采用逆傅里叶变换法生成轨道不平顺样本；
所述轮轨力计算子程序用于根据接触点位移换算子程序换算轮轨接触点钢轨位移、车辆响应及轨道不平顺并计算轮轨力；采用节点力换算子程序的钢轨单元内集中力到节点力换算，用于轮轨力在轨道***的施加；
所述接触点位移换算子程序具体用于钢轨单元节点到接触点的位移换算；
所述有限元软件程序包括：轨道模型模块和动力计算模块；
所述轨道模型模块用于采用有限元软件对弹性轨道结构***建模；
所述动力计算模块用于采用有限元软件对弹性轨道结构***建模的计算以及对状态寄存器的内容进行读取和修改；
所述轨道模型模块包括轨道***有限元模型生成子程序；所述动力计算模块包括：有限元软件瞬态分析子程序、有限元软件读写数据子程序和有限元软件联动命令子模块；
所述轨道***有限元模型生成子程序用于从计算机高级语言主控模块获得相关参数并通过有限元软件进行三维建模；
所述有限元软件瞬态分析子程序用于有限元模型的荷载施加及动力响应求解，包括FULL方法及模态叠加法；
所述有限元软件读写数据子程序用于对进行状态寄存器的内容进行读取或修改；
所述有限元软件联动命令子模块用于根据有限元软件读写数据子程序读取的状态寄存器内容确定运行或等待运行；
所述车辆模型为10自由度垂向车辆模型或35自由度车辆模型，具体包括：车厢、两个转向架、四个车轮的自由度，车厢通过二系悬挂与转向架连接，转向架通过一系悬挂与车轮连接；
所述轮轨力计算子程序计算轮轨力时所需“车轮-钢轨接触点弹性压缩量”由计算机高级语言程序积分得到车辆模型位移响应、有限元软件程序求解轨道***接触点位移和轨道不平顺样本值共同计算得到；
所述计算机高级语言程序用于采用计算机高级语言编写主程序、建立刚体车辆***以及计算轮轨力；
所述有限元软件程序用于采用有限元软件实现对弹性轨道结构***建模；
所述状态寄存器用于控制计算机高级语言程序和有限元软件程序联动，实现刚体与弹性体之间的耦合动力计算，所述状态寄存器采用TXT格式文档，所述计算机高级语言程序和有限元软件程序对状态寄存器的内容进行读取和修改，联动的各软件通过读取修改后的状态寄存器内容确定运行或等待运行。
2.一种刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真方法，其特征在于，通过如权利要求1所述的刚-弹性车辆轨道耦合多软件联动仿真***执行，包括如下步骤：
采用计算机高级语言编写主程序、建立刚体车辆***以及计算轮轨力；
采用有限元软件实现弹性轨道结构***建模；
采用状态寄存器实现计算机高级语言和有限元软件，以完成刚体与弹性体之间的耦合计算，所述状态寄存器采用TXT格式文档，采用计算机高级语言和有限元软件对状态寄存器的内容进行读取和修改，联动的各软件通过读取修改后的状态寄存器确定运行或等待运行；
具体包括：
采用计算机高级语言对主程序编写以及对状态寄存器的内容进行读取和修改；
采用计算机高级语言建立刚体车辆***；
采用逆傅里叶变换法生成轨道不平顺样本；根据钢轨单元节点到接触点的换算位移、车辆响应及轨道不平顺，应用Hertz接触理论和Kalker线性蠕滑力模型，采用计算机高级语言实现对车辆***与轨道***之间的轮轨力耦合的轮轨力的计算；
采用有限元软件对弹性轨道结构***建模；
采用有限元软件对弹性轨道结构***的计算以及对状态寄存器的内容进行读取和修改。
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