考虑材料塑性变形的高速道岔心轨裂纹萌生预测

根据高速铁路18号单开道岔钢轨设计廓形，考虑车轮逆向-侧向通过翼轨?心轨时轮载转移引起的冲击荷载和材料塑性变形，将心轨塑性变形结合到裂纹萌生和磨耗共存发展预测方法中，预测了心轨裂纹萌生。分析发现，心轨顶宽35~40 mm为承受轮载转移的最不利位置；该位置的表面材料在冲击荷载下发生塑性变形，其应力应变明显降低，直至在一定轮载次数下达到稳定状态，这时的最大塑性变形量为0.087 5~0.092 5 mm，延缓了疲劳裂纹的萌生；心轨疲劳损伤最大值位于轨头亚表面，顶宽35和40 mm处的裂纹萌生区域分别在心轨表面垂直向下1.2和1.5 mm、从轨顶中心水平向工作边一侧4~5 mm和1~2 mm的位置。疲劳裂纹萌生寿命分别为1.63×10⁶ t和3.97×10⁶ t。     

高速列车车轮与曲尖轨接触分析

为了研究高速铁路曲尖轨磨耗严重的问题,现场实测不同位置处的18号高速道岔曲尖轨型面及不同磨耗程度的高速列车车轮型面,建立车轮-基本轨-曲尖轨有限元模型,进行轮轨弹塑性接触分析,得出如下结论:车轮与尖轨接触状态受车轮磨耗程度与沿尖轨线路接触位置影响;使用标准车轮的情况下,当尖轨与基本轨共同承担载荷时,随着距尖轨尖端距离的增加,尖轨所受最大等效应力呈先增大后减小的趋势,当超过屈服极限时,易造成尖轨飞边;当尖轨单独承担全部载荷时,所受最大等效应力急剧增加,塑性变形加重,侧磨加剧.不同磨耗程度的车轮对尖轨会造成不同损伤,磨耗Ⅰ型车轮易造成尖轨压溃,磨耗Ⅱ型、磨耗Ⅲ型、磨耗Ⅳ型易使尖轨发生飞边,剥离掉块.     

货车车轮与重载道岔曲尖轨的接触分析

针对大秦线重载道岔曲尖轨严重磨耗的情况,通过实测货车车轮型面与不同磨耗阶段尖轨型面,建立道岔区轮轨接触三维弹塑性有限元模型,分析货车车轮与尖轨不同位置的接触情况。结果表明,从距离尖轨尖端1m到3m内,接触斑在尖轨上的位置、尖轨上多点接触的区段以及尖轨上的等效应力大小主要受变截面尖轨的轨顶高度和宽度的影响;磨耗车轮与2m处标准型面尖轨接触时,在尖轨轨顶形成较大的应力集中,尖轨发生塑性变形,导致2 m处尖轨顶部剥离掉块;LM型车轮与标准型面尖轨接触时的匹配情况较好;磨耗车轮与标准型面尖轨接触时的匹配情况较差,而与磨耗后型面尖轨接触时的匹配情况相对较好。     

道岔区固定辙叉心轨垂磨对轮轨动态接触的影响

通过实测数据和文献资料,分析了辙叉区心轨垂直磨耗分布规律,并基于该规律构造了各级垂直磨耗分布曲线。针对重载条件下普速铁路60 kg?m^-1钢轨12号单开道岔,基于车辆-道岔耦合动力学的理论,建立重载货车-道岔耦合动力学模型,计算分析了固定辙叉心轨垂直磨耗对重载货车通过道岔辙叉区轮轨接触的影响规律。结果表明：心轨顶宽20~40 mm范围是实测心轨垂直磨耗较为严重的区域;随着心轨垂直磨耗量的增大,轮载过渡区轮轨接触力最大值和接触力过渡曲线波动性普遍增大,轮轨接触关系随之恶化,心轨与翼轨之间的轮载过渡平稳性随之下降;当轨道几何不平顺较为良好时,心轨顶宽40 mm处垂磨应控制在5 mm之内。     

道岔尖轨轨下刚度改变对轮轨动力性能的影响

运用车辆－轨道耦合动力学理论，通过建立道岔垂向几何及刚度不平顺激扰模型，模拟计算了提速列车对提速道岔的动力影响。详细比较了提速道岔尖轨轨下增加弹性前后提速列车对提速道岔的动力作用性能，并进行了实验验证。结果表明：提速道岔尖轨轨下增加弹性以后可大大减轻基本轨至尖轨区过渡段轮－岔垂向相互作用，有效改善道岔的动力性能，延长滑床板及道岔的使用寿命。     

地铁道岔轨顶坡对尖轨磨耗的影响

针对地铁道岔磨耗严重及使用寿命短等问题,利用有限元方法建立道岔区三维弹塑性轮轨接触计算模型,通过计算尖轨接触应力、接触斑面积及内部应力等,分析轨顶坡对尖轨磨耗的影响。模型中车轮型面采用实测磨耗状态LM型车轮型面。研究结果表明:设置轨顶坡时,尖轨接触应力及内部应力均比不设置轨顶坡的小;以尖轨顶宽35.5 mm断面为例,当轨顶坡从1/40增大到1/20时,其接触应力最大值从904.267 MPa减小至686.266 MPa,Von Mises应力最大值从552.123 MPa降低至493.755 MPa,状态由塑性变形转变为弹性变形,有利于减小尖轨磨耗;增大尖轨断面顶面宽度可以提高其受力状态,延长道岔使用寿命;综合考虑尖轨受力状态,1/20轨顶坡优于其他轨顶坡。     

无缝道岔养护维修中存在的问题及对策

无缝道岔养护维修中发现直尖轨拉成旁弯,尖轨中部轨距减小,直基本股钢轨有较大的附加温度应力,道岔前后钢轨锁定轨温失控,岔前与限位器间实际锁定轨温严重超限等问题。文章提出通过改进无缝道岔结构方式及无缝道岔单元管理方式解决道岔存在的问题。     

轮对蠕滑条件下钢轨疲劳裂纹萌生寿命预测

采用多体动力学与三维弹性体非赫兹滚动接触理论,得到不同轨底坡、超高、摩擦系数与曲线半径等多种轨道条件下的轮轨蠕滑状态,将接触力分别施加于钢轨有限元模型的接触斑位置,分析轨头应力应变响应,得到所有节点的疲劳参量.研究疲劳参量的组成类型,若剪应力与应变部分占主要组成部分,则采用剪切型裂纹萌生预测公式,否则采用拉伸型预测公式.分别预测导向轮与非导向轮作用下的曲线外轨疲劳裂纹萌生寿命,结果表明,外轨疲劳裂纹主要由导向轮作用产生,非导向轮对其影响很小;裂纹萌生寿命随曲线半径的增大而延长,随摩擦系数的增大而减小;设置1∶20轨底坡可以延缓外轨疲劳裂纹萌生,尤其是在半径较小的曲线上效果更明显;过超高能延缓曲线外轨疲劳裂纹萌生;当摩擦系数大于0.3时裂纹萌生于曲线外轨表面,而小于0.3时裂纹萌生位置则逐渐向轨头内部转移.     

道岔平面选型的动力学研究

为合理选取道岔平面线型及尖轨切削方式,基于轮轨系统动力学建立车辆-道岔动力耦合模型,计算不同线型方案下轮轨系统动力响应及其与列车过岔速度间关系,并以18号道岔为例验证此选型方法的可行性.研究结果表明:道岔平面线型设计须同时考虑侧股线型参数和曲尖轨切削方式,满足列车侧逆向进岔时的系统动力稳定性;动力学评价方法可从结构受力及行车状态方面对道岔侧股线型进行分析,并参照系统动力响应随列车过岔速度的变化情况初步确定允许通过速度;对18号道岔而言,增大侧股曲线半径或选用前端半径较大的复圆线型可有效提高行车质量及列车过岔速度,曲尖轨部分采用半切线型或半割线型效果较好,相离半切线型尖轨具有较大粗壮度,可作为主要切削方式之一.     

影响钢轨疲劳裂纹萌生寿命的主要因素分析

建立了钢轨3维弹塑性有限元计算模型,分析了接触斑内应力应变场特点.分析结果表明,在接触斑内钢轨处于三向压缩应力状态,有较大的静水压力;认为静水压力影响滚动接触疲劳裂纹萌生寿命.以临界平面法为基础,提出了考虑静水压力影响的滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型,分析了轮载和摩擦系数对疲劳裂纹萌生的影响.结合具体算例分析表明:随着静水压力增大,静水压力对滚动接触疲劳裂纹影响在增大;随着轮载和摩擦系数增加,滚动接触疲劳裂纹萌生寿命迅速减少.     

有限元法在平面变边界弹性接触问题中的应用

本文以增量理论为基础,将接触边界上的接触条件离散化,建立接触单元的概念,给出接触单元增量有限元方程,进而构成了平面变边界弹性接触问题的有限元方程。文中还给出了说明该方法的几个数值示例。     

有限长凸形圆锥体的最佳接触轮廓

提出了两个圆锥体之间无摩擦弹性接触时接触压力计算的一种数值方法.所提出的方法既能计算两锥体接触时的实际接触压力分布,又能计算各接触点上不同的接触刚度、综合曲率半径及接触压力分布.接触变形后的倾斜角和合力作用点的位置也能计算.为了减小圆锥体端部的边缘压力集中,还给出了凸度优化设计的方法和算例.     

受井眼约束带接头管柱的纵横弯曲分析

针对受井眼约束带接头管柱的纵横弯曲问题,将管柱变形分成3 类情形：无接触、点接触和连续接触。根据 管柱变形基本方程及接头处管柱的边界条件和连续性条件,分别求解3 种情形下的管柱变形曲线。利用无接触到点 接触以及点接触到连续接触的判别条件,分别求解了接触状态转换的临界参数,并分析了临界参数（φ）随管柱视半径 与接头视半径之比（λ）的变化规律。结果表明,当λ 比1 略大时,φ 对λ 的变化很敏感;当λ 大于2 后,φ 对λ 的变化 不敏感,并且趋于某一稳定值。以λ = 2 为例,详细描述了管柱弯曲接触状态转换的整个过程。计算结果可以为实际 作业中接头对管柱弯曲影响分析提供理论基础。     

重载铁路钢轨磨耗状态下的轮轨法向接触特性

基于三维弹性体滚动接触理论,对法向接触问题最小余能方程的影响系数和法向间隙进行修正,使其更适用于非平面接触问题的求解.以某重载铁路通过总重达100 Mt的CHN75型面磨耗钢轨为对象,车轮选取LMA系列原始型面,利用修正后的接触模型,研究在30 t轴重作用下的轮轨法向接触特性.结果表明:轮对横移量对轮轨接触特性影响较大,横移量在+12～+14 mm轮轨接触状态变化显著;其中,横移量在+12.9～+13.2 mm时出现两点接触,横移量增大至+14 mm时出现车轮轮缘和钢轨轨距角的接触.     

Cu-W-Ni-C触头材料的研制

采用粉末冶金技术研制了Cu-W—Ni—C触头材料,并对Cu-W—Ni—C与Ag-ZnO10触头材料的性能进行了对比和研究·研究结果表明:Cu-W—Ni—C触头材料的密度r≥8.87 g/cm3,硬度HB≥952 MPa,电阻率ρ≤2.45×10-8Ω·m;在相对密度相同时,Cu-w—Ni—C触头材料的电阻率与Ag-ZnO10材料的电阻率接近,而硬度高于Ag—ZnO10材料的硬度;Cu—W—Ni—C触头材料在电力机车电器上可替代Ag-ZnO10材料.     

几种纳米线连接方法的比较

对4种电连接纳米线通常使用的方法进行了比较.这些方法包括:(i)采用微机械手现场操作把纳米线放置于预制备的电极上;(ii)离子与电子束辅助沉积;(iii)电子束曝光以及(iv)丢落投掷到预制备的电极上.主要基于产出量、接触电阻、制备难易程度以及进一步形成新器件和结构的可能性等方面进行了细致讨论.     

Multi-body Contact Problem of Loose-fitted Tyre of Rotary Kiln

According to the character and the condition for shell defor mation and force balance,we have set up the mathematical models of the contact angle and the contact pressure distribution between the tyre and the shell,studied The features of a multi-body contact model between the roller and the tyre,and developed the build-up procedure of the contact finite element model between the roller and the tyre．The stress distribution rule of the roller and the tyre is obtained as follows．The contact center is the center of the contact stress circle,and the contact stress is also reduced gradually from the contact center to the contact boundary．The equivalent stress of the tyre varies５times per circle,thus making the trye fracture easily．     

典型材料点焊时表面接触规律的研究

针对低碳钢和铝合金这2种典型伯材料,采用弹塑性力学模型对其在点焊中各接触表面上的接触规律进行了定量化分析与计算。结果表明,在点焊条件下,压力、温度和材料强度及弹性模量是影响接触率的主要因素,而表面粗糙度的影响基本可以忽略,通过对这2种典型材料接触规律的研究还可以得出,点焊时采用“软电极＋硬工件”是较好的配合方式。     

Al金属多晶硅纳米膜欧姆接触的制作

利用低压化学气相淀积法(LPCVD)在表面有热氧化二氧化硅的(100)硅衬底上生长80nm厚多晶硅纳米膜,并对其界面进行表征.制作出单层Al金属的欧姆接触样品,在不同退火温度条件下对样片的电阻进行测量.结果表明,退火使欧姆接触的电阻率降低,接触电阻率可达到2.41×10-3Ω.cm2.     

螺纹齿传递载荷规律的研究

本文采用虚拟接触载荷法研究了螺纹齿啮合的接触状态，讨论了粘滞、光滑和摩擦滑动接触条件，计算了螺栓和管螺纹连接时，载荷沿齿的分布规律。选取适当的管螺纹锥度可改善载荷的分布规律。所得结果和目前公认的理论解和数值解符合较好。