1∶5铁道车辆滚动实验台的教学实验开发

在1∶5铁道车辆滚动实验台上开发了一系列教学实验。蛇形运动教学实验:测量转向架横向位移的时域波形,分析出蛇形频率和运行速度的关系,计算车辆踏面等效斜率以及临界速度;轮轨力的测量实验:提出轮轨力连续测量的实验方案,测出轮轨横向力和垂向力;车体振型测量实验:采集车体振动信息,辨识出车体的5个振型及其对应的频率;车辆故障检测实验:测量踏面模拟故障状态的加速度,给出踏面故障的频率规律。     

大型履带支重轮接触应力分析

本文结合产品设计研究了支重轮设计参数及上部结构载荷的分布情况,给出了支重轮的设计方法,根据支重轮与履带节的外形情况及Hertz理论公式提出了支重轮与履带接触应力的简化计算公式,并通过对支重轮整体三维模型的有限元接触应力的计算分析,验证了Hertz简化公式的正确性。     

高速铁路无砟轨道疲劳检算轮载的动力学分析

应用列车-线路耦合动力学理论及仿真软件,分析了高速运营线路轮轨系统动力学响应并与实测结果进行了验证.在此基础上,采用我国典型高速车辆及无砟轨道结构,系统分析了高速铁路无砟轨道不平顺谱对轮轨动作用力大小及统计特性的影响规律.结果表明,列车-线路耦合动力学方法可以比较准确地模拟高速行车条件下轮轨动力相互作用,取百分位数75的无砟轨道谱作为激励输入可用于评估轮轨系统动力相互作用及高速行车安全性和舒适性,高速铁路无砟轨道结构的疲劳检算取为静轮重的1.5倍是合理的.     

钢芯铝绞线同层线股间接触有限元分析

钢芯铝绞线在放线过程中,铝股与钢芯共同承担张力作用.由于导线的结构特性,不同层的股线所受的挤压分力与轴向分力是不同的.张紧的钢芯铝绞线在工作环境中产生的振动将使线股之间产生微小滑移或滑移的趋势,而引起线股的摩擦磨损.导线同层股线间接触区域的接触应力状况将对导线的磨损状态产生影响.本文通过对型号为LGJ-150/25(GB1179-83)的钢芯铝绞线同层股线间接触问题进行有限元分析得出:在接触中心,接触应力大,主要产生粘着磨损和塑性变形;在接触边缘区域,接触应力较小,滑移量大,主要产生滑动磨损.     

轨底坡对运营地铁轮轨接触特性的影响分析

为研究不同轨底坡条件下实际运营地铁列车的轮轨接触特性,采用轮轨接触空间迹线方法计算分析了轨底坡对轮轨接触几何参数的影响,并建立某地铁B型车辆动力学模型,详细分析了不同线路条件下轨底坡对车辆动力学性能的影响规律.研究表明:LMCHN60轮轨匹配条件下,轨底坡在1/45～1/20范围内轮轨接触点分布连续,特别是直线段在轨底坡为1/20、曲线段在轨底坡为1/40时轮轨匹配性能良好;运营条件下车轮踏面凹磨造成等效锥度过大,轮轨接触点分布不连续,易造成异常晃车;曲线地段车轮踏面凹磨限制了轮对横向运动,导致轮对对中困难,轮轨接触匹配不良,易造成轮轨滚动接触疲劳.     

光纤光栅在轮轨作用力监测中的应用研究

轮轨相互作用力的长期监测对保障列车的安全运营具有重大意义,而传统的轮轨作用力检测手段,如车载检测及地面测试等,均难以满足长期实时监测的需要.为此,提出了一种基于光纤光栅的轮轨力长期监测方法,通过在钢轨跨中断面的3处不同部位粘贴光纤光栅传感器,采集列车通过时的钢轨修正应变,结合现场标定的轮轨力-钢轨应变线性关系,可长期实时获取轮轨相互作用力.布设了室外监测试验平台,对该测试方法进行了试验验证,并于北京地铁14号线构建了轮轨力长期监测示范工点,为线路安全运营提供了指导.监测结果表明,在轨道交通正常运营条件下,光纤光栅传感器可以很好地捕捉轮轨间相互作用力的动态变化趋势,且能够较为准确地反映轮轨力测试幅值.     

基于有限元模拟探究超载对钢轨磨耗的影响

随着高速铁路和重载运输的快速发展,对钢轨损伤现象尤其对钢轨表面接触磨耗的研究变得愈发重要.通过有限元软件ANSYS建立了轮轨接触的二维计算模型,施加载荷工况:改变轮重为10t—15t—10t;采用Chaboche随动强化模型,并通过剪切塑性应变累积及残余应力等力学参量来分析超载对钢轨磨耗的影响,为已有铁路线路的改造以及新线路的设计提供参考.     

考虑轨道几何不平顺的钢轨裂纹萌生与磨耗共存预测

在钢轨裂纹萌生和磨耗发展共存预测方法的基础上,考虑了轨道几何不平顺对轮轨接触位置分布、磨耗和疲劳损伤的影响,引入轮轨接触点在钢轨上的分布概率,分散了钢轨的磨耗和疲劳累积.分析结果表明:考虑轨道几何不平顺的情况下,轮轨接触点的分布范围和概率随着磨耗和型面变化而变化,钢轨表面磨耗和内部疲劳损伤分布范围均加宽,而损伤速率降低.预测得到800 m曲线半径外轨在裂纹萌生前的平均磨耗发展率为3.813 1μm·万次~(-1),相较未考虑不平顺的结果降低了15.92%.裂纹萌生寿命预测结果为318 292次,相较未考虑不平顺的预测结果增大了14.66%.裂纹萌生点的位置比未考虑不平顺时略远离钢轨中心.     

基于轮轨非Hertz接触的影响系数的有限元计算方法

采用非Hertz接触理论求解轮轨接触问题时,影响系数对轮轨接触应力与接触斑大小产生重要影响.由于当车轮轮缘与钢轨在轨距角处发生接触时,非Hertz接触理论中基于弹性半空间条件下的影响系数已不适用,所以利用有限元方法求解了全空间内轮轨非Hertz接触的影响系数,并对Kalker的非Hertz接触理论做了修正.在保证计算效率的前提下,以30t轴重重载铁路CHN75钢轨和LM磨耗车轮踏面为例,采用修正的非Hertz理论及轮轨接触分区模型P_M(partition model)分别计算了轮对横移量为0~8mm时的轮轨接触斑面积及接触斑应力.研究结果表明,用有限元法计算出的影响系数大于Bossinisqe-Cerruti公式求出的影响系数,并且在轨距角处的影响系数大于轨顶处.修正的非Hertz理论计算出的法向应力和接触斑面积始终要比P_M模型计算出的法向应力略大一些,且随轮对横移量的增加,两种轮轨法向接触模型计算出的法向应力和接触斑趋势一致.当横移量为0~4mm时,最大接触斑面积可达173.75mm2,轮轨型面较为匹配;当横移量持续增大时,由于车轮与钢轨轨距角接触,接触面积急剧降低,同时法向应力急剧增大.     

离散齿谐波传动啮合力及接触应力分析

对离散齿谐波传动啮合副进行力学分析,基于变形协调方程计算作用于离散齿上的力,并根据赫兹方程求解啮合副处的接触应力.由离散齿谐波传动的周期性,通过连续取波发生器的输入角值,得到离散齿谐波传动啮合力和接触应力在刚轮齿廓、波发生器和离散齿体上的分布.对刚轮齿廓出现与未出现顶切现象,得到啮合力和接触应力在接触面上的变化趋势,以及传动中出现高啮合力和高接触应力的位置,为进一步的强度校核和结构优化设计提供依据.