基于接觸應(yīng)力分析的重載鐵路鋼軌打磨型面優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、重載鐵路是當(dāng)今鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾l(fā)展方向之一。作為交通運(yùn)輸?shù)拇髣?dòng)脈，其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著十分重要的作用。隨著重載列車運(yùn)量不斷增大、軸重不斷提高，導(dǎo)致車輪與鋼軌之間的接觸應(yīng)力增大的同時(shí)輪軌相互作用不斷加劇，鋼軌表面的損傷、病害等缺陷嚴(yán)重影響了列車的運(yùn)行安全和鋼軌的使用壽命。車輪和鋼軌型面的匹配是否合理直接影響到輪軌間接觸應(yīng)力的大小，因此降低輪軌間接觸應(yīng)力的有效手段之一是對(duì)輪軌廓形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前鋼軌修型絕大部分情況下是通過鋼軌打磨實(shí)現(xiàn)的。

2、世界上主要的重載鐵路大國都非常重視重載鐵路鋼軌打磨的目標(biāo)型面設(shè)計(jì)。通過對(duì)鋼軌打磨目標(biāo)型面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來降低輪軌間接觸應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)重載鐵路擴(kuò)能增效、延長鋼軌使用壽命等具有著重要的意義。
　　本文提出了一種基于輪軌間接觸應(yīng)力分析的鋼軌打磨型面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。根據(jù)輪軌接觸幾何關(guān)系，使用APDL語言建立了輪軌接觸有限元參數(shù)化模型，基于該模型在輪對(duì)動(dòng)態(tài)橫移范圍內(nèi)獲取了輪軌間最大接觸應(yīng)力分布。以輪軌間接觸應(yīng)力為優(yōu)化目標(biāo)，建立了相應(yīng)的鋼軌型面優(yōu)化方

3、法并編制了優(yōu)化程序。針對(duì)重載鐵路輪軌間接觸應(yīng)力大，損傷嚴(yán)重等特點(diǎn)，使用該優(yōu)化方法分別對(duì)重載線路標(biāo)準(zhǔn)型和磨耗型75kg/m鋼軌進(jìn)行了打磨目標(biāo)廓形的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了與給定車輪匹配的預(yù)打磨和修復(fù)性打磨的目標(biāo)廓形。對(duì)優(yōu)化前后的輪軌接觸幾何性能以及接觸應(yīng)力對(duì)比分析。結(jié)果表明，優(yōu)化后的鋼軌與車輪匹配顯著的降低了輪軌間最大接觸應(yīng)力。為線路鋼軌的預(yù)打磨和修復(fù)性打磨目標(biāo)型面的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)，對(duì)預(yù)防鋼軌表面滾動(dòng)接觸疲勞和延長鋼軌更換的周期等具有積極的意義。

4、論文的主要工作和結(jié)論如下:
　　(1)對(duì)國內(nèi)外車輪和鋼軌型面優(yōu)化方法以及鋼軌打磨技術(shù)的研究現(xiàn)狀分別進(jìn)行了綜述。對(duì)鋼軌打磨目標(biāo)廓形的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了總結(jié)。根據(jù)研究現(xiàn)狀提出了本論文研究的切入點(diǎn)、研究思路及技術(shù)路線。
　　(2)建立了直接以輪軌接觸應(yīng)力為優(yōu)化目標(biāo)的重載鐵路鋼軌型面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法?；谳嗆壗佑|幾何關(guān)系，使用APDL參數(shù)化語言建立了輪軌接觸有限元參數(shù)化模型獲得鋼軌型面上不同位置處輪軌間最大接觸應(yīng)力。建立了鋼軌廓形優(yōu)化方

5、法的數(shù)值算法?；谌S有限元接觸應(yīng)力分析和鋼軌廓形優(yōu)化算法的聯(lián)合仿真建立了鋼軌廓形優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)值方法。
　　(3)提出了一種基于三角函數(shù)對(duì)鋼軌型面進(jìn)行調(diào)整的方法，該調(diào)整函數(shù)易于控制廓形調(diào)整的深度和寬度，同時(shí)能夠保證鋼軌型面經(jīng)調(diào)整后廓形函數(shù)光滑可導(dǎo)?；谳嗆夐g最大接觸應(yīng)力分布建立了鋼軌打磨目標(biāo)廓形的優(yōu)化點(diǎn)位置、優(yōu)化寬度、優(yōu)化深度等參數(shù)的計(jì)算方法，定義了相關(guān)優(yōu)化系數(shù)，討論并分析了優(yōu)化系數(shù)對(duì)輪軌間最大接觸應(yīng)力分布的影響。
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