高速輪軌黏著三維數(shù)值模型仿真及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速鐵路也順應(yīng)形勢得到了很大發(fā)展。在車輛速度不斷提高的同時(shí)，安全問題也是一個(gè)需要關(guān)心的問題。輪軌黏著問題隨著車速的提高顯得越加突出。為了保證列車運(yùn)行安全有必要從理論和試驗(yàn)角度開展高速輪軌黏著機(jī)理的研究工作。本文通過建立三維高速輪軌黏著數(shù)值模型及開展高速輪軌黏著試驗(yàn)揭示輪軌表面存在水油污染時(shí)的黏著機(jī)理，主要得到以下三點(diǎn)結(jié)論。
　　1.建立了考慮熱效應(yīng)的三維高速輪軌黏著數(shù)值模型進(jìn)行了求解。固體壓力采用考慮了材料彈塑

2、性變形特性的Zhao-Maietta-Chang(ZMC)模型，并與彈性模型Greenwood-Tripp(G-T)模型進(jìn)行對比。同時(shí)獲得了輪軌界面的壓力分布并調(diào)查了速度、軸重、粗糙度等因素對黏著系數(shù)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著速度的增加黏著系數(shù)隨之減小，膜厚隨之增大。軸重對輪軌黏著影響不大。粗糙度對黏著系數(shù)有著顯著影響。
　　2.根據(jù)現(xiàn)場對動(dòng)車車輪粗糙度測試結(jié)果，經(jīng)傅里葉擬合分析得到粗糙峰半徑范圍在50μm以內(nèi)。利用ANSYS建立單個(gè)粗

3、糙峰與剛性平面接觸的模型，找出模型彈塑性變形的各分界點(diǎn)，擬合單個(gè)粗糙峰與剛性平面接觸的經(jīng)驗(yàn)公式，并與Kogut-Etsion(KE)、Jackson-Green(JG)模型進(jìn)行對比。然后將單個(gè)粗糙峰接觸拓展到多個(gè)微凸體與剛性平面接觸，推導(dǎo)出相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式，并與KE、ZMC模型進(jìn)行對比。重點(diǎn)比較了平均間隙、真實(shí)接觸面積和接觸壓力分布。結(jié)果表明擬合的經(jīng)驗(yàn)公式平均間隙、真實(shí)面積、接觸壓力分布與KE、ZMC模型都很接近，且所得接觸壓力分布的最大

4、接觸壓力比其他兩個(gè)模型小，面積分布比其他兩個(gè)模型大，此規(guī)律與真實(shí)接觸面積與載荷關(guān)系圖是一致的。數(shù)值結(jié)果還表明擬合的經(jīng)驗(yàn)公式與粗糙峰半徑以及屈服強(qiáng)度無關(guān)，因此該經(jīng)驗(yàn)公式能很好地模擬輪軌固體彈塑性接觸壓力的計(jì)算。
　　3.利用西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的高速疲勞機(jī)進(jìn)行干態(tài)、水介質(zhì)、油污染以及水油混合物存在時(shí)的高速輪軌黏著試驗(yàn)。試驗(yàn)最高速度達(dá)到200 km/h。通過控制水泵流速大小模擬實(shí)際的大雨和小雨情況。重點(diǎn)調(diào)查了高速情況下不