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文檔簡介
1、隨著列車提速、軸重增加以及城市軌道交通的蓬勃發(fā)展,曲線段鋼軌損傷逐漸增多,因此求解曲線段輪軌接觸問題變得愈發(fā)緊迫。近年來,計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展使得利用有限元等數(shù)值手段求解輪軌瞬態(tài)滾動(dòng)接觸問題變得可行。采用有限元法求解曲線段問題,文獻(xiàn)中多采用靜態(tài)建模的求解思路,且常采用半輪對(duì)、直線軌道等建模以減小模型規(guī)模,通過施加不同的橫移和沖角等,來近似模擬分析車輪曲線通過時(shí)的某些特性。本文旨在建立更為完善的模擬曲線通過的顯式有限元模型,在時(shí)域內(nèi)研究車
2、輛的曲線通過行為,最終達(dá)到解決曲線段輪軌損傷等問題的目標(biāo)。
基于我國某地鐵系統(tǒng),本文采用ANSYS/LS-DYNA建立了考慮全輪對(duì)的曲線段三維輪軌瞬態(tài)滾動(dòng)接觸有限元模型,時(shí)域內(nèi)數(shù)值重現(xiàn)了單輪對(duì)曲線通過過程。模型引入了輪軌三維幾何,可充分考慮不同縱、橫向和自旋蠕滑條件下系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和連續(xù)體振動(dòng)。利用建立的有限元模型詳細(xì)分析了光滑接觸表面下不同曲線通過工況的瞬態(tài)接觸解,對(duì)比分析了曲線半徑、運(yùn)行速度、輪對(duì)橫移、牽引力和摩擦系數(shù)等對(duì)
3、瞬態(tài)輪軌接觸行為的影響,尤其關(guān)注了軌頭摩擦功(或磨耗)隨不同工況的變化。
光滑輪軌接觸表面的計(jì)算結(jié)果表明,穩(wěn)態(tài)通過不同半徑軌道時(shí),隨著軌道半徑減小(由直線軌道減小為300m半徑曲線軌道),輪對(duì)由于橫移增大,受到的曲線通過力矩增大,外軌磨耗增大,內(nèi)軌磨耗減小,左、右軌磨耗差異增大;曲線通過速度稍大于平衡超高對(duì)應(yīng)的運(yùn)行速度時(shí),有利于減緩曲線段內(nèi)、外軌的磨耗;曲線通過輪對(duì)橫移(變化范圍為0-8mm)過大,會(huì)顯著提高外軌的各向接觸力、
4、接觸應(yīng)力和摩擦功,加劇外軌的磨耗與損傷;過大的牽引系數(shù)(變化范圍為0-0.3)將導(dǎo)致內(nèi)、外軌的磨耗增加,且牽引系數(shù)越大,內(nèi)、外軌磨耗差異越大;無牽引扭矩時(shí),內(nèi)軌軌頂潤滑可降低內(nèi)外軌磨耗,但在大牽引扭矩情況下,由潤滑導(dǎo)致的低摩擦系數(shù)反而會(huì)加劇內(nèi)外軌磨耗。
把某地鐵線路曲線段存在的波長40mm和160-200mm波磨引入到本文建立的有限元模型,對(duì)曲線段鋼軌波磨處的瞬態(tài)接觸解進(jìn)行了系統(tǒng)分析,著重研究了一股鋼軌波磨對(duì)另一股鋼軌瞬態(tài)接觸
5、解的影響??紤]到地鐵實(shí)際,分析中考慮的速度范圍為30-70km/h。波長40mm波磨的結(jié)果表明:若波磨發(fā)生在外軌,波磨側(cè)的輪軌動(dòng)態(tài)作用在30km/h和70km/h速度時(shí),比40-60km/h速度更易引起無波磨側(cè)鋼軌的不均勻磨損;若發(fā)生內(nèi)軌,速度在40-50km/h時(shí)不易引起無波磨側(cè)的不均勻磨損;對(duì)比波磨發(fā)生在內(nèi)、外軌的情況,發(fā)現(xiàn)同樣條件下,波磨發(fā)生在外軌時(shí),無波磨側(cè)的摩擦功波動(dòng)幅值稍小。波長160mm波磨的結(jié)果表明:在40km/h時(shí)無波
6、磨側(cè)的不均勻磨損達(dá)到最大,但發(fā)生在外軌時(shí)所引起的無波磨側(cè)鋼軌切向力和摩擦功的波動(dòng)遠(yuǎn)大于發(fā)生在內(nèi)軌時(shí),即更易引起無波磨側(cè)鋼軌的不均勻磨損。
引入了采用高應(yīng)變率試驗(yàn)機(jī)測得的考慮應(yīng)變率影響的輪軌彈塑性本構(gòu)模型,本文也研究了輪軌材料投入使用初期的曲線通過行為及瞬態(tài)接觸解。結(jié)果顯示,同載荷條件下,彈塑性工況下的輪軌接觸斑較彈性工況(即材料安定后)要大,但法、切向接觸應(yīng)力的最大值較小,其根本原因是塑性變形使得輪軌幾何的吻合度增加。另外,彈
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