高速鐵路、重載鐵路及城市地鐵等現(xiàn)代軌道交通制式的迅猛發(fā)展,導致了線路養(yǎng)護需求逐年攀升、作業(yè)時間日趨緊張,不斷推動著鋼軌打磨裝備和技術向高效化、智能化及多樣化發(fā)展。隨著近年來砂帶制備工藝和磨料性能的進步與創(chuàng)新,一種基于砂帶磨削的新型鋼軌打磨技術——鋼軌砂帶打磨技術,憑借其彈性磨削、冷態(tài)磨削、高效磨削等特點應時而生,于實際工程中也得到了應用。然而,尚不健全的基礎理論體系難以支撐打磨裝備設計、工藝參數(shù)選取、打磨模式制定等關鍵技術的研發(fā),極大阻礙了鋼軌砂帶打磨技術的發(fā)展與推廣。因此,本文圍繞砂帶磨削的物理本質(zhì)基礎——接觸輪、砂帶和工件三者間的復雜接觸行為,開展面向鋼軌砂帶打磨的材料去除機理及表面完整性研究。首先,依據(jù)接觸輪、鋼軌和砂帶彈性模量間的顯著差異,將接觸部件間的三維接觸問題轉化為外包彈性圓環(huán)的剛性圓與剛性平面的二維接觸問題,建立了內(nèi)凹及平型接觸輪與理想圓柱軌面的接觸模型,發(fā)現(xiàn)接觸斑形態(tài)受接觸輪同鋼軌的曲率匹配關系和接觸壓力影響,分為橢圓形、雙三角形和馬鞍形;在此基礎上,針對接觸輪打磨位姿任意和軌面曲率驟變的接觸情況,通過數(shù)值方法實現(xiàn)了接觸邊界及其接觸應力的求解;通過有限元仿真和接觸實驗... 

【文章來源】：北京交通大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 相關研究綜述
        1.2.1 鋼軌砂帶打磨接觸理論
        1.2.2 砂帶磨削材料去除模型
        1.2.3 鋼軌砂帶打磨表面完整性
    1.3 關鍵問題
    1.4 主要研究內(nèi)容與組織結構
2 鋼軌砂帶打磨宏觀接觸問題研究
    2.1 引言
    2.2 砂帶對接觸狀態(tài)的影響分析
        2.2.1 張緊作用下接觸輪的受力分析
        2.2.2 張緊力引起的接觸輪變形分析
        2.2.3 接觸模型中對于砂帶彈性的考慮
    2.3 不同接觸輪及接觸條件下的接觸模型
        2.3.1 橡膠材料非線性本構模型
        2.3.2 面向內(nèi)凹、平型接觸輪的接觸模型
        2.3.3 面向復雜接觸條件下的接觸模型
    2.4 接觸模型有限元仿真及實驗驗證
        2.4.1 有限元仿真模型及接觸實驗條件
        2.4.2 內(nèi)凹、平型接觸輪接觸模型驗證
        2.4.3 復雜接觸條件下的接觸模型驗證
    2.5 本章小結
3 鋼軌砂帶打磨材料去除建模研究
    3.1 引言
    3.2 砂帶表面磨粒特征的量化評價
        3.2.1 砂帶表面形貌測量
        3.2.2 磨粒特征提取及統(tǒng)計分析
    3.3 基于磨粒切削機理的材料去除建模
        3.3.1 局部多磨粒最大切入深度求解
        3.3.2 指定應力分布下的材料去除模型
    3.4 模型驗證與打磨工藝參數(shù)影響分析
        3.4.1 實驗設備與方案
        3.4.2 實驗結果與分析
    3.5 本章小結
4 軌面粗糙度預測及打磨工藝參數(shù)影響研究
    4.1 引言
    4.2 基于二維數(shù)字濾波的砂帶表面模擬
        4.2.1 砂帶表面高度分布及紋理特征分析
        4.2.2 砂帶表面三維形貌的數(shù)值模擬
        4.2.3 砂帶表面形貌模擬結果及驗證
    4.3 軌面微觀輪廓模擬及粗糙度預測
        4.3.1 時變壓力下的局部砂帶名義切深
        4.3.2 有效磨粒切削軌跡包絡線的提取
        4.3.3 軌面微觀粗糙度輪廓仿真模擬
    4.4 方法驗證及打磨工藝參數(shù)影響分析
        4.4.1 打磨實驗與粗糙度檢測方案
        4.4.2 接觸壓力的影響
        4.4.3 砂帶速度的影響
        4.4.4 列車速度的影響
    4.5 本章小結
5 打磨殘余應力實驗及有限元仿真研究
    5.1 引言
    5.2 基于實驗的打磨工藝參數(shù)影響分析
        5.2.1 打磨實驗與殘余應力檢測方案
        5.2.2 接觸壓力的影響
        5.2.3 砂帶速度的影響
        5.2.4 列車速度的影響
    5.3 基于FEM的單磨粒劃擦殘余應力分析
        5.3.1 有限元模型及仿真方案
        5.3.2 接觸面間摩擦的影響
        5.3.3 磨粒球頂半徑的影響
        5.3.4 磨粒切入深度的影響
        5.3.5 磨粒切削速度的影響
        5.3.6 磨粒切削前角的影響
    5.4 基于FEM的多磨粒劃擦殘余應力分析
        5.4.1 前后相鄰磨粒間的作用
        5.4.2 左右相鄰磨粒間的作用
    5.5 本章小結
6 總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 工作展望
參考文獻
作者簡歷及攻讀博士學位期間取得的研究成果
    一、作者個人簡歷
    二、發(fā)表論文情況
    三、參與科研項目
    四、主要獲獎情況
學位論文數(shù)據(jù)集


【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋼軌打磨機理研究進展及展望[J]. 周坤,王文健,劉啟躍,郭俊.  中國機械工程. 2019(03)
[2]砂帶磨削表面粗糙度理論預測及靈敏度分析[J]. 高超,王生,王會,劉廣照,吳國榮.  表面技術. 2018(11)
[3]高速鐵路鋼軌打磨技術的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 樊文剛,劉月明,李建勇.  機械工程學報. 2018(22)
[4]航空發(fā)動機葉片機器人精密砂帶磨削研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 黃云,肖貴堅,鄒萊.  航空學報. 2019(03)
[5]基于彈性赫茲接觸的鋼軌砂帶打磨材料去除建模研究[J]. 樊文剛,劉月明,王文璽,李建勇,王榮全.  機械工程學報. 2018(15)
[6]基于內(nèi)凹型接觸輪的鋼軌砂帶打磨靜態(tài)接觸行為與仿真研究[J]. 樊文剛,程繼發(fā),吳月峰,李建勇,宋曉陽.  機械工程學報. 2018(14)
[7]輪軌材料硬度匹配對車輪多邊形磨耗影響的試驗研究[J]. 常崇義,李果,張銀花,周邵博.  中國鐵道科學. 2018(02)
[8]波浪型面鋼軌砂帶打磨時變接觸行為與仿真研究[J]. 樊文剛,程繼發(fā),呂洪賓,李建勇,宋曉陽.  機械工程學報. 2018(04)
[9]基于ABAQUS的TC11單顆粒砂帶磨削過程仿真[J]. 孫杰,曲中興,張立武.  航天制造技術. 2017(06)
[10]砂帶虛擬形貌的建模[J]. 何喆,李建勇,劉月明,聶蒙,樊文剛.  華南理工大學學報(自然科學版). 2017(12)

博士論文
[1]車輪材料摩擦疲勞損傷機理及微觀組織演變行為研究[D]. 何成剛.西南交通大學 2018
[2]基于接觸理論的精準砂帶磨削基礎研究[D]. 王亞杰.重慶大學 2015
[3]鋼軌打磨車磨削過程建模研究[D]. 智少丹.北京交通大學 2015
[4]葉片型面數(shù)控砂帶磨削技術基礎及應用研究[D]. 黃智.重慶大學 2010
[5]核電高壓容器強力高效砂帶磨削方法及應用研究[D]. 黃云.重慶大學 2009
[6]輪軌滾動接觸疲勞損傷機理研究[D]. 郭俊.西南交通大學 2006

碩士論文
[1]高速鐵路輪軌粗糙度噪聲影響特性研究[D]. 徐俊杰.華東交通大學 2018
[2]打磨參數(shù)對鋼軌表面溫度及燒傷行為影響研究[D]. 林彬.西南交通大學 2018
[3]基于非均勻磨削層的鋼軌砂帶磨削能力與打磨模式研究[D]. 龔昇.北京交通大學 2018
[4]殘余應力對鋼軌疲勞裂紋萌生與擴展的影響機理研究[D]. 李楊.石家莊鐵道大學 2017
[5]基于虛擬砂輪建模的打磨轉速對鋼軌打磨磨削行為影響[D]. 商維.西南交通大學 2017
[6]鋼軌砂帶打磨接觸輪作用機理與參數(shù)優(yōu)化研究[D]. 宋曉陽.北京交通大學 2017
[7]鋼軌高速打磨機理研究[D]. 許孝堂.西南交通大學 2016
[8]面向鋼軌打磨的砂帶磨削過程建模與實驗研究[D]. 王榮全.北京交通大學 2016
[9]船用螺旋槳葉片砂帶磨拋在機檢測系統(tǒng)研究[D]. 周麗琪.重慶大學 2015
[10]打磨轉速與磨石粒度對鋼軌材料去除行為影響研究[D]. 顧凱凱.西南交通大學 2015



本文編號：3031324