基于ANSYS的輪軌三維非線性接觸的影響因素分析研究.pdf

1、隨著高速列車運(yùn)行速度與載重的不斷提高,隨之而來(lái)的是車輛的運(yùn)行環(huán)境日益惡化,這就要求對(duì)機(jī)車、軌道等的設(shè)計(jì)越來(lái)越高,然而輪軌作為車輛和地基的聯(lián)系的重要行走部件,輪軌接觸是列車牽引的根本,也是整個(gè)運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)。輪軌關(guān)系的研究涉及許多學(xué)科,并以輪軌滾動(dòng)接觸理論研究為基礎(chǔ),輪軌接觸行為則為其關(guān)鍵內(nèi)容。輪軌結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜的幾何形狀以及輪軌接觸問(wèn)題是一種高度非線性行為,使得輪軌關(guān)系成為車輛和軌道中的最復(fù)雜的問(wèn)題。傳統(tǒng)的彈性力學(xué)計(jì)算方法已經(jīng)不能夠得到較高精

2、度的解,Hertz接觸理論由于自身的基本假設(shè),無(wú)法對(duì)復(fù)雜的輪軌非線性接觸問(wèn)題進(jìn)一步研究。隨著計(jì)算技術(shù)及有限元分析的發(fā)展,輪軌三維非線性接觸的實(shí)現(xiàn)成為了可能,完全按照輪軌實(shí)際幾何關(guān)系建立了真正的三維模型,通過(guò)接觸單元克服了輪軌接觸的高度非線性問(wèn)題,有限元軟件ANSYS為三維輪軌非線性接觸的影響因素分析構(gòu)建了平臺(tái)。
　　本文首先對(duì)Hertz的接觸理論以及有限元如何處理非線性接觸問(wèn)題的方法進(jìn)行了介紹。在此基礎(chǔ)上,開展輪軌三維非線性靜態(tài)接

3、觸和動(dòng)態(tài)接觸的影響因素的研究。并利用ANSYS有限元分析軟件,建立了輪軌三維非線性接觸的有限元模型,模型中的車輪采用錐形TB踏面,采用60Kg/m鋼軌,鋼軌的軌底坡為1:20。
　　針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法(包括Hertz接觸理論和彈性分析方法)無(wú)法高精確計(jì)算輪軌接觸斑的大小形狀和應(yīng)力分布等問(wèn)題,提出運(yùn)用ANSYS建立三維輪軌非線性接觸的方法進(jìn)行影響因素的分析計(jì)算。靜態(tài)接觸分析結(jié)果表明輪軌非線性接觸問(wèn)題不可避免的需要考慮材料的塑形變形才能

4、更加接近真實(shí)情況;通過(guò)變換輪重以及地基剛度進(jìn)行分析,結(jié)果表明接觸斑形狀和大小是隨輪重變化的,降低地基剛度能夠緩減輪軌的接觸應(yīng)力。動(dòng)態(tài)接觸分析中建成輪軌系統(tǒng)的整體大型有限元模型,結(jié)果表明車體的位移主要是車軸彈簧的變形,其起到減震的作用;降低地基剛度能夠改善輪軌的振動(dòng),但會(huì)加大車體的振動(dòng),降低乘坐的舒適性;分析了輪軌接觸應(yīng)力受速度以及地基剛度的影響。針對(duì)軌道溫度影響的需要,改進(jìn)有限元模型,對(duì)高溫高寒地區(qū)不同曲率半徑的軌道進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,分