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1.
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车轮扁疤伤损对高速列车轮对动力学性能影响
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杨光 任尊松 袁雨青《北京交通大学学报(自然科学版)》,2018年第3期
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车轮扁疤是铁道车辆车轮踏面的缺陷形式之一,对轮轨动力和运用安全有明显的影响.本文建立了弹性车辆系统动力学模型,且将车轮扁疤伤损考虑为车轮轮径变化.利用数值仿真,研究了车轮扁疤伤损对高速列车轮轨冲击力、轮对振动及轮轨接触性能等的影响,并结合列车运行安全性指标得到了不同速度等级下车轮扁疤长度安全限值.结果表明,弹性车辆系统模型可以准确体现轮对旋转运动特征.车轮扁疤伤损对轮轨系统垂向和横向均产生冲击作用,对轮轨系统垂向冲击作用尤为明显,将显著增大轮对旋转振动频率及其倍频对应的振动能量,且会激起轮对中高频弹性共振.车轮出现40mm扁疤时,随着车轮旋转运动,轮轨接触点向轮背侧出现周期性横移,轮轨接触斑面积最大可达142mm2,轮轨纵向和横向蠕滑率分别增大4%和16%.轮轨力、轮对振动加速度及轮轨磨耗指数均会随车轮扁疤长度的增加而增大.当列车运行速度在300km/h及以下时,车轮扁疤长度需限制在30mm;当列车运行速度达到350km/h时,车轮扁疤长度需限定在25mm.
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2.
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车轮型面对轮轨黏滑特性影响
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王文健 郭俊 刘启跃《同济大学学报(自然科学版)》,2013年第41卷第6期
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利用非Hertz滚动接触理论和数值程序CONTACT分析了LM,LMA,S1002和XP55四种车轮型面与我国CHN60钢轨匹配时的轮轨黏滑特性.数值结果表明:四种车轮型面与CHN60钢轨匹配时的轮轨接触斑黏滑特性明显不同,车轮型面对轮轨接触斑面积、黏滑区分布、轮轨摩擦功等有较大影响;LM型面与CHN60匹配时的蠕滑区面积和轮轨摩擦功较大,且接触斑更容易达到饱和状态;LMA型面与CHN60匹配时的黏滑特性较佳,其接触斑面积、黏着区面积较大;S1002型面与CHN60匹配时的黏滑特性较XP55型面要好.
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3.
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摩擦系数对滚动接触疲劳裂纹萌生和磨耗影响
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周宇 韩延彬 木东升 黄旭炜《同济大学学报(自然科学版)》,2018年第10期
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提出了疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展离散化过程建模设想,根据临界平面法材料疲劳损伤理论和Archard磨耗理论,建立钢轨三维疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展预测模型,分析轮轨接触位置的摩擦系数对曲线段钢轨表面疲劳裂纹萌生与磨耗发展的影响.结果表明,摩擦系数对接触斑面积、形状和位置无影响,但影响轮轨接触斑黏着区/滑动区的分布和切向应力状态;随着摩擦系数的增大,钢轨的平均磨耗发展率增加、磨耗量增大、裂纹萌生寿命减小,其中,摩擦系数从0.3增大至0.7时,外轨和内轨的平均磨耗发展率分别增大了约17%～55%、16%～42%,外轨和内轨的裂纹萌生寿命分别降低约24%～34%和18%～35%;随着摩擦系数的增加,外轨的裂纹萌生位置从轨面以下2.0～2.5mm处向亚表面0.9～1.0mm移动;内轨的裂纹萌生位置基本处于轨顶面下2.4～2.6 mm;轮轨接触位置的摩擦系数控制在0.3～0.4的范围,可以达到延长钢轨疲劳裂纹萌生寿命、减缓钢轨磨耗的目的.
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4.
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柔性轮对的轮轨接触参数分析
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张宝安 陆正刚 王恒亮《同济大学学报(自然科学版)》,2013年第41卷第4期
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只考虑轮对弯曲振动下的结构柔性,建立了把车轴考虑成铁木辛科梁的柔性轮对简化模型,用格林函数求解其在稳态谐波力作用下的运动方程,从而求出车轮倾斜角位移.根据轮轨接触几何约束关系,用解析方法推导了柔性轮对与钢轨接触几何的约束方程组,对该约束方程组进行求解,得到轮轨接触几何参数,并与相应的刚性轮对轮轨接触参数进行了对比,讨论了轮对弯曲变形对轮轨接触点位置及其接触参数的影响.结果表明,当轮对横移量超过5mm时,轮对的结构柔性会导致轮轨接触参数发生明显变化;该简化模型可以有效地解决需要考虑轮对柔性的轮轨接触计算问题.
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5.
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道岔区轮轨间隙动态变化特性研究
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任尊松 何小河《北京交通大学学报(自然科学版)》,2007年第31卷第1期
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轮轨间隙对车辆顺利通过道岔具有十分重要的作用．在车辆-道岔系统动力学模型基础上，利用道岔区钢轨空间布置和轮轨接触几何关系，分析了护轨对轮轨间隙的限制作用和对轮对冲击心轨的防护机理，研究了道岔区轮轨间隙动态变化特性，轮轨间隙与轮对横移量、轮轨横向冲击力、轮轨接触角之间的关系，以及轮轨间隙变化对车辆过岔运行安全性和道岔系统稳定性的影响特性．结果表明，轮轨间隙不仅与轨距和钢轨动态横移量有关，而且与轮对横移量密切相关，且当间隙过小时轮轨间将发生横向冲击振动；设置护轨有利于防止轮对冲击心轨，并使得轮对能够顺利通过岔心；另外，为使车辆能够顺利通过道岔，在允许的情况下可以适当增大转辙区轨距，但心轨区轨距最好保持标准值．
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6.
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轮对蠕滑条件下钢轨疲劳裂纹萌生寿命预测
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王少锋 周宇 许玉德 李海锋《同济大学学报(自然科学版)》,2014年第42卷第6期
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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.
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7.
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机车车辆轮轨接触问题的数值模拟
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张军 仲政《同济大学学报(自然科学版)》,2006年第34卷第9期
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按照机车、车辆车轮与标准轨道的实际几何关系建立了三维有限元模型，并采用有限元参数二次规划法求解轮轨弹塑性接触问题．通过弹塑性接触计算，得到了大量的轮轨接触力、接触状态和轮轨应力的数据，根据计算结果分析比较了机车轮轨接触和车辆轮轨接触的区别，对轮缘贴靠钢轨形成两点接触时的接触情况进行了初步分析.
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8.
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踏面磨耗对轮轨接触特性影响研究
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袁雨青 李强 刘伟《科学技术与工程》,2015年第15卷第12期
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应用有限元计算方法,以实际测试接触斑验证计算模型和方法的正确性;在此基础上,分析了踏面磨耗对轮轨接触特性的影响.首先,通过实际测试得到轮对的踏面轮廓坐标数据,根据实测数据建立有限元模型.应用感压胶片现场实测得到轮对自重时轮轨接触斑的大小,与有限元仿真轮对重力作用下的接触斑进行对比,证明有限元模型和接触参数设置的正确性.应用此有限元模型,研究了随着车辆运行里程的增加,车轮不断磨耗而发生变化的车轮型面对轮轨接触斑、接触应力的影响变化规律.结果表明:初期随着磨耗的增加,轮轨型面更加匹配,接触应力逐渐减小,磨耗速度逐渐降低;当车轮磨耗到一定程度后,接触应力和磨耗速度又快速上升.
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9.
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同轴轮径差对机车运行性能的影响
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刘思莹 徐永绥 张 军 马 贺 孙传喜《科学技术与工程》,2017年第17卷第28期
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机车同轴左右车轮存在直径不一致的情况,改变了轮轨的接触状态。针对机车同轴轮径差的问题,建立了机车动力学仿真模型和轮轨接触三维弹塑性有限元模型,通过动力学仿真计算和动载荷作用下弹塑性接触计算,分析同轴轮径差对机车运行性能的影响。结果表明：由于同轴轮径差的存在,轮轨间的动载荷发生变化,当内侧车轮直径小于外侧车轮直径时,在一定程度上有利于机车曲线通过,反之则会降低曲线通过性能；与无轮径差相比,同轴轮径差存在时,车轮与钢轨接触位置发生改变,等效应力增大,导致磨耗增加,降低车轮和钢轨的使用寿命。
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10.
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地铁道岔轨顶坡对尖轨磨耗的影响
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徐井芒 王平 曾晓辉 肖杰灵《中南大学学报(自然科学版)》,2014年第8期
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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。
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11.
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旋转支承钢轮应力分析
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归正 郭欣 史玉涛《同济大学学报(自然科学版)》,2009年第37卷第11期
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以Hertz弹性接触理论和曲梁理论为基础,分析了回转支承空心钢轮的圆周应力对轮轨接触von Mises应力峰值及其位置的影响,通过采用平面应变有限元的进一步分析表明,降低钢轮截面梁高可以提高钢轮的径向柔度,同时圆周应力可以有效地抑制接触正应力,提高钢轮接触强度,但可能使钢轮接触区内yon Mises应力峰值点从中间向两侧分离,导致应力循环次数翻倍,影响疲劳强度.至于对接触区内钢轮的剪应力和钢轨的von Mises应力,截面梁高的变化对峰值和位置的影响则不大.
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12.
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基于ANSYS/LS-DYNA的车轮椭圆化对轮轨滚动接触的影响
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周素霞 郑晓阳《北京交通大学学报(自然科学版)》,2013年第37卷第3期
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运用Proe、Hypermesh建立了二维轮轨接触有限元模型,通过动力分析有限元程序AN-SYS/LS-DYNA,采用隐式显式分析方法计算了车轮椭圆化情况下的轮轨滚动接触.仿真结果分析表明:当椭圆化车轮长轴与轨道接触时,轮轨垂向接触力最小,当椭圆化车轮短轴与轨道接触时,轮轨垂向接触力最大,这样将导致车轮的椭圆化加剧,进而轮轨垂向接触力也增大,周而复始,会造成对车轮和轨道的破坏.轮轨垂向接触力随着车轮椭圆化的加剧和车速的提高而增大,且椭圆化波深比速度的影响更为显著.行驶路程相同的情况下,椭圆化车轮的车轴垂向加速度比新轮的要大,而且随着车速的提高,车轴垂向加速度也随之增大.车速300 km/h时椭圆化车轮最大允许波深为1.25 mm,350 km/h时椭圆化车轮最大允许波深为1 mm,超过上述限度时,需对轮对进行镟修.
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13.
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轮轨型面对车辆曲线通过性及磨耗影响
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沈钢 王捷《同济大学学报(自然科学版)》,2014年第42卷第1期
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对比初始与实测轮轨型面对上海地铁A型车的曲线通过性能的影响，并分析不同的轮轨型面匹配对轮轨磨耗、钢轨波浪形磨耗、接触疲劳的影响.结果表明4种不同的轮轨匹配下，车辆的曲线通过性能都能满足车辆动力学性能要求，但新车轮运行在已磨损的轨面上时，曲线通过性能略差，其轮轨横向力和脱轨系数偏高.初始轮轨匹配在过小半径曲线时其外轮轨具有较大的自旋功，且内外轮轨上高的纵向蠕滑率将导致车轮产生粘滑振动，易形成波磨，经过滚动接触疲劳分析，磨损后的车轮踏面易对小半径曲线外轨造成表面接触疲劳破坏.
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14.
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地铁引起环境振动的振源加速度
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李守继 楼梦麟《同济大学学报(自然科学版)》,2008年第36卷第11期
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分析计算了列车运行引起环境振动的振源,即轨道作用于道床的振动加速度机制.建立了轮-轨-道床计算分析模型,将钢轨视为Winkler地基上无限长梁,建立并求解该梁的动力方程,得到列车移动静力产生的轨道振动加速度;根据Hertz接触理论,求得轮轨动接触力,利用Green函数模拟轨道因轨道不平顺和轮轨动接触力作用产生的变形,进而求得轨道不平顺和轮轨动接触力引起的轨道振动加速度;叠加上述两种加速度,即得列车引起环境振动的振源振动加速度;最后将理论计算结果和实测结果进行比较,吻合较好.
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15.
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用摄动法求解轮轨空间两点接触变拓扑的解析式 被引次数：1
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舒兴高 贺启庸《上海交通大学学报》,1997年第31卷第7期
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建立了轮轨空间几何接触的精确模型，用伪弧长延拓法得到精确数值解，采用摄动法，以轮对摇头角为摄动参烽，并根据累轨接触对称性的特点，计算出摇头角对接触点坐标和广义坐标的影响系数，得到轮轨从一点接触到两点接触变拓扑切换条件的解析式。从影响系数的解析解还可以看到，在摇头角一定的情况下，轮缘接触点纵向坐标的大小是由轮缘接触角决定的，为轮轨踏面参数优化提供了依据。
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高速铁路路桥过渡段动力特性受其刚度变异性影响的随机性分析
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舒瑶 陕耀 周顺华 杨新文 练松良《同济大学学报(自然科学版)》,2017年第45卷第5期
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针对高速铁路路桥过渡段刚度参数的变异性对车辆轨道线下基础系统动力响应的影响，运用车辆轨道耦合动力学理论，并通过修正扣件弹簧的刚度矩阵实现钢轨梁与轨下基础平面模型的垂向传力耦合，同时引入无限单元法消除边界效应，建立高速铁路路桥过渡段车辆轨道线下基础系统垂向耦合振动模型；利用该模型，应用基于拉丁超立方抽样的随机有限元法，分析了过渡段路基刚度参数变异性对过渡段车辆轨道系统动力响应的影响.结果表明，刚度参数的变异性对钢轨垂向动位移的影响大于对轮轨力及车体加速度的影响，且各动力响应主要对倒梯形部分填料的参数变化较为敏感；动力响应数据偏离正态性，在95%的置信水平下，过渡段轮轨力、车体加速度的最大值近似服从韦伯分布，钢轨垂向动位移最大值的数据分布则呈现明显的“高峰厚尾”，易出现异常大值，为减小钢轨垂向动位移以及便于管控施工质量，应适当提高过渡段路基刚度；选用钢轨垂向动位移最大值作为过渡段动力设计的安全评价指标，计算显示现行设计模糊失效概率为0.000 45，失效概率较小，动力设计较为可靠.
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动车组运营下轨道参数对小半径曲线钢轨侧磨的影响
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陈艳玮《科学技术与工程》,2018年第21期
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为减缓动车组运营下小半径曲线外股钢轨侧磨,延长钢轨使用寿命,利用SIMPACK软件建立了小半径曲线轮轨磨耗仿真模型。仿真分析了超高、轨距、钢轨表面摩擦系数及轨底坡对动车组通过时小半径曲线外轨所受横向力、导向轮冲角及轮轨磨耗指数的影响规律。研究结果表明:钢轨表面摩擦系数及轨底坡对小半径曲线外轨侧磨影响较大,适当降低钢轨表面摩擦系数可以较大程度上降低曲线外轨所受横向力及磨耗指数;调整外轨轨底坡至1∶20,内轨轨底坡至0,对曲线外轨所受横向力及导向轮冲角影响较小;但对轮轨磨耗指数影响较大,有利于减小曲线外轨侧磨。根据研究结果,针对某动车所小半径曲线制定了减磨方法;并对改造后曲线进行了轮轨力测试和钢轨廓形测试。测试结果表明,减磨方法效果明显,可延长曲线外轨服役寿命3倍以上。
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18.
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影响钢轨疲劳裂纹萌生寿命的主要因素分析
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王建西 许玉德 王志臣《同济大学学报(自然科学版)》,2009年第37卷第7期
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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.
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19.
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高速铁路无砟轨道区段轮轨滚动噪声特性分析
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杨新文《同济大学学报(自然科学版)》,2014年第42卷第3期
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为了预测与控制高速铁路无砟轨道区段轮轨表面粗糙度激扰的轮轨滚动噪声，应用车辆轨道耦合动力学理论和声辐射理论建立了轮轨滚动噪声预测模型，计算分析了无砟轨道结构对轮轨滚动噪声的影响，研究了高速车辆运行于无砟轨道时产生的轮轨滚动噪声的特性，研究结果表明，①在无砟轨道路基区段高速列车运行产生的轮轨滚动噪声中，钢轨辐射的主要是500～2 000 Hz的中、高频噪声，车轮辐射的主要是1 600～4 000 Hz的高频噪声，轨道板或道床板辐射的主要是125～500 Hz频段的噪声；②随着车速增加，轮轨噪声辐射的最大声级相应增加；③轮轨路旁瞬时声压级以钢轨最大，轨道板最小，车轮处于两者之间；④在距线路中心线5~50 m范围内，随着水平距离加倍，高速列车轮轨噪声辐射声级相应地衰减3～6 dB.
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20.
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铁路车辆/轨道耦合系统在冲击载荷作用下的动应力分析
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李志强 赵隆茂《太原理工大学学报》,2005年第36卷第6期
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采用有限元方法,对我国C61型运煤货车,按照车辆/轨道系统的实际结构和边界条件建立了包括车辆和轨道系统在内的有限元模型,应用大型非线性动力分析程序LS-DYNA3D模拟车辆通过轨道错牙接头时的轮/轨系统冲击载荷,然后进一步计算侧向架和钢轨在冲击载荷作用下的动应力。计算结果表明,车轮和轨道之间的动态接触力大约是静轮载的2倍,与现场试验结果基本吻合;侧向架和钢轨在冲击过程中的应力和变形比较大。
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