轮轨接触弹塑性应力应变分析

利用ANSYS有限元分析软件对轮轨接触进行了弹塑性静力分析,模拟了轮轨真实的几何形状和边界条件,分别研究了轴重、枕木支撑位置对接触应力的影响,并对各种参数的变化规律进行了分析,得出了轮轨间接触应力及塑性应变的分布规律。  

机车车辆轮轨接触问题的数值模拟

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.  

Research on Dynamical Derailment System for CRH

With the vehicle speed increase, wheel-rail dynamic coupling becomes stronger and shows more prominent. It may lead to derailment of the vehicle. Based on an improved three-dimensional wheel-rail contact trace algorithm and a new model of wheel-rail contact force, wheel-rail derailment dynamical model is established on CRH vehicle and developed in MATLAB software, which is called dynamical derailment system for CRH (DDSCRH). Analyzed on dynamical derailment process of high speed vehicle by DDSCRH, the critical position on climb wheel and influence factors on lateral force for derailment is obtained. Finally, high-speed vehicle dynamical simulation is verified on DDSCRH by comparing with the results of line test.  

旋转支承钢轮应力分析

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.  

柔性轮对的轮轨接触参数分析

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.  

踏面磨耗对轮轨接触特性影响研究

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.  

基于精细有限元法的车致大跨度斜拉桥整体及局部振动研究

为研究列车-大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题，提出了基于车-桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型，并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程；列车采用31自由度刚体动力学模型，轮轨之间分别采用赫兹非线性接触模型和非线性蠕滑力模型计算法向力和蠕滑力；利用自主开发软件TRBF-DYNA开展车-桥耦合系统加速度、动位移以及动应力分析.以主跨406 m的三塔斜拉桥荆岳铁路洞庭湖大桥为研究对象，开展了不同行车线路、不同车速以及不同轨道不平顺条件下的耦合系统动力响应分析，研究了桥梁整体和局部动力响应，以及列车运行安全性指标和乘坐舒适性指标的变化规律.结果表明：正交异性钢桥面板的局部动力响应远大于钢桁架主梁；大跨度斜拉桥的动力系数较小，受车速和轨道不平顺谱的影响较小；钢桁架主梁下弦杆和腹杆处于高周疲劳应力工作状态，在疲劳性能研究中需要特别关注；设计速度条件下，桥梁动力响应指标以及列车运行安全性和舒适性指标均满足规范要求.  

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30 t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0~8 mm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BossinisqeCerruti 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0~4 mm时，最大接触斑面积可达173.75 mm2，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.  

同轴轮径差对机车运行性能的影响

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。