基于瞬態(tài)機(jī)制下高速列車(chē)輪軌滾動(dòng)接觸疲勞研究分析.pdf

1、隨著列車(chē)運(yùn)營(yíng)速度從120km/h到200km/h甚至更高，輪軌滾動(dòng)接觸幾何和動(dòng)力學(xué)參數(shù)發(fā)生了較大的變化，尤其是對(duì)高速列車(chē)的滾動(dòng)接觸疲勞損傷有重大影響。列車(chē)的運(yùn)行速度提高了，則輪軌間相互作用的周期沖擊載荷也相應(yīng)的加劇，從而使得輪軌間滾動(dòng)接觸疲勞損傷產(chǎn)生。
　　采用有限元理論求解輪軌滾動(dòng)接觸的法向和切向問(wèn)題突破了傳統(tǒng)限制，這為計(jì)算輪軌間的相互作用力從而準(zhǔn)確計(jì)算出輪軌間的疲勞損傷提供了必要條件。目前大多數(shù)學(xué)者建立的輪軌滾動(dòng)接觸有限元模型

2、是三維靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)彈塑性輪軌滾動(dòng)接觸模型，難以真實(shí)有效模擬輪軌實(shí)際的工作狀態(tài)，為了解決這一問(wèn)題，本文建立輪軌瞬態(tài)滾動(dòng)接觸有限元模型，采用瞬態(tài)模型求解更能反應(yīng)輪軌在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中接觸形態(tài)變化和較為準(zhǔn)確計(jì)算輪軌接觸特性。
　　以動(dòng)力學(xué)參數(shù)為初始條件的高速瞬態(tài)滾動(dòng)接觸有限元模型可以較好計(jì)算輪軌滾動(dòng)接觸疲勞問(wèn)題，本文第四章中闡述首先以CRH2型高速列車(chē)為研究對(duì)象，運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)軟件UM參數(shù)化建立頭車(chē)模型，使列車(chē)在直線(xiàn)軌道上以速度在300km

3、/h下高速行駛，得到輪對(duì)蛇形運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下不同運(yùn)行時(shí)刻的橫向位移和沖角等接觸幾何參數(shù)；然后以得到的動(dòng)力學(xué)接觸幾何參數(shù)為初始條件，運(yùn)用非線(xiàn)性有限元軟件ABAQUS建立三維高速瞬態(tài)彈塑性輪軌滾動(dòng)接觸有限元模型；最后以仿真計(jì)算得到輪軌接觸斑內(nèi)的最大Mises應(yīng)力、縱向和橫向蠕滑合力等接觸斑參數(shù)作為安定圖、損傷函數(shù)疲勞模型的輸入?yún)?shù)。
　　為了研究高速列車(chē)諧波磨耗車(chē)輪滾動(dòng)接觸疲勞特性，本文第五章中，建立了諧波磨耗車(chē)輪高速輪軌滾動(dòng)接觸數(shù)值分析模

4、型。首先以CRH2型高速列車(chē)為研究對(duì)象，運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)軟件 UM參數(shù)化建立高速列車(chē)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型，使列車(chē)在直線(xiàn)軌道上以速度300km/h高速行駛；然后對(duì)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中最常見(jiàn)的一階，六階和十一階諧波磨耗以及波深0.1mm,0.3mm的六種不同形式下車(chē)輪的蠕滑率/力進(jìn)行分析；最后以不同階數(shù)、波深車(chē)輪的蠕滑特性參數(shù)為疲勞模型的輸入?yún)?shù)，進(jìn)一步研究諧波磨耗車(chē)輪的疲勞特性。分析表明：無(wú)諧波磨耗車(chē)輪處于彈性安定狀態(tài)，1階波深0.1mm和0.3mm車(chē)