輪軌黏著問題是輪軌接觸研究的關(guān)鍵問題。隨著國內(nèi)高速鐵路的迅猛發(fā)展,車輪和鋼軌的磨耗愈加嚴(yán)重,低黏著現(xiàn)象也愈加頻繁。輪軌黏著的控制是保證行車安全和保障鐵路正常運(yùn)營必須考慮的。目前,國內(nèi)外的學(xué)者對基于粗糙表面接觸的輪軌黏著問題研究較少;且隨著運(yùn)行速度增加,庫倫摩擦定律愈加難以刻畫輪軌間的滾滑運(yùn)動。傳統(tǒng)的數(shù)值方法假定理想的輪軌接觸表面是光滑的,即忽略表面粗糙度,將庫侖摩擦定律應(yīng)用于接觸斑內(nèi)的每一點(diǎn)。因此需要從理論以及數(shù)值仿真的角度研究考慮粗糙度的輪軌黏著特性。本文基于實(shí)測的輪軌表面的粗糙度,利用Matlab程序生成了相互接觸的粗糙輪軌表面。在法向接觸上通過對Hertz接觸理論的修正,對法向應(yīng)力在實(shí)際接觸的微凸體接觸對上的再分配,獲得了考慮粗糙度的法向上輪軌法向接觸應(yīng)力分布。在切向接觸上基于動摩擦模型和微凸體彈塑性接觸的仿真結(jié)論,對每個(gè)微凸體接觸對的從建立接觸到拉伸、再到縮頸最后到斷裂以及經(jīng)過短暫的間隔時(shí)間后重新建立鏈接的整個(gè)生命周期進(jìn)行模擬。建立了從微米尺度到米尺度輪軌黏著數(shù)值分析模型。主要內(nèi)容和結(jié)論如下:1)通過數(shù)值仿真的結(jié)果與室內(nèi)輪軌對滾機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和室外線路實(shí)測數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn),不論是高速... 

【文章來源】：西南交通大學(xué)四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

粗糙表面微凸體接示意圖

摩擦啟動瞬間摩擦界面由完全黏著過渡為為完全滑動時(shí)摩擦力及接觸面積等的動態(tài)現(xiàn)象。針對這一實(shí)驗(yàn)過程，類似于Earthquake-like模型如圖1-2所示，O. M Braun建立反映粗糙度及摩擦接觸界面細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值模型，數(shù)值重現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)中反映的界面從靜摩擦啟動至動摩擦的動態(tài)過程[45]。雖然此模型中尚有個(gè)別參數(shù)的取值尚需進(jìn)一步研究驗(yàn)證，但其在描述摩擦界面復(fù)雜的瞬態(tài)特性方面展示了強(qiáng)大的有效性，顯示了細(xì)觀摩擦模型可以解釋許多庫倫摩擦模型所不能描述的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。。圖 1-2 動態(tài)彈簧摩擦數(shù)值模型對摩擦規(guī)律的深化認(rèn)識研究進(jìn)展，必然深刻地影響對輪軌接觸的研究。事實(shí)上，輪軌滾滑接觸的過程中，輪軌接觸的界面自然存在著由粘滯區(qū)過渡為滑動區(qū)的動態(tài)過程。傳統(tǒng)研究中通常使用庫倫摩擦系數(shù)刻畫切向作用來研究穩(wěn)態(tài)特性，本項(xiàng)目擬建立能刻畫輪軌空間曲面接觸的切向細(xì)觀模型，刻畫輪軌滾動接觸的動態(tài)摩擦特性，并用于研究輪軌的接觸行為、刻畫接觸區(qū)附近材料的應(yīng)力分布等。細(xì)觀摩擦接觸模型的在輪軌接觸動力學(xué)中的應(yīng)用

第2章粗糙輪軌表面微凸體接觸理論在微觀尺度上，輪軌表面并非光滑的理想平面，而是存在著許多被稱為微凸體的不規(guī)則粗糙峰。一般當(dāng)表面波紋度的波距小于1mm時(shí)則視作表面粗糙度。如圖2-1所示，名義接觸面積是兩接觸體在宏觀上的接觸邊界所確定的面積，而真實(shí)接觸面積則是實(shí)際承載載荷的微凸體的接觸面積之和。因此若考慮接觸界面微凸體的存在，真實(shí)接觸面積遠(yuǎn)小于名義接觸面積。本章主要介紹模型對于粗糙表面上粗糙度的模擬，以及微凸體的法向接觸和切向接觸的模擬，同時(shí)還將通過對比室內(nèi)試驗(yàn)和線路測試數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的有效性。圖 2-1 接觸面積示意圖2.1 粗糙度的模擬真實(shí)物體的表面不是理想光滑的表面。當(dāng)兩個(gè)物體相接觸時(shí)，僅有倆表面中微凸體峰值相隔較近的離散點(diǎn)接觸，這些離散的接觸面積的總和即為真實(shí)接觸面積。當(dāng)荷載變化、兩接觸表面的硬度不同時(shí)，摩擦過程中還會引起真實(shí)接觸面積的變化。在接觸面以外的地方都存在空隙

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]函數(shù)型摩擦系數(shù)對輪軌滾動接觸行為的影響分析[J]. 安博洋,馬道林,王平,徐井芒,杜彥良.  鐵道學(xué)報(bào). 2017(07)
[2]高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)臺仿真模型的建立及驗(yàn)證[J]. 周春陽,王俊彪,常崇義.  鐵道機(jī)車車輛. 2017(01)
[3]應(yīng)用改進(jìn)分形幾何理論的結(jié)合部切向剛度模型[J]. 田紅亮,陳從平,方子帆,趙春華,朱大林,劉加偉,林衛(wèi)共,郭江洪,晏紅.  西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(07)
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[6]輪軌粘著-蠕滑特性試驗(yàn)研究[J]. 金雪巖,劉啟躍,王夏秋.  鐵道學(xué)報(bào). 2000(01)

博士論文
[1]輪軌黏著特性試驗(yàn)研究[D]. 申鵬.西南交通大學(xué) 2012
[2]有限元輪軌滾動接觸理論及其應(yīng)用研究[D]. 常崇義.中國鐵道科學(xué)研究院 2010

碩士論文
[1]高速列車輪軌接觸剛度和接觸阻尼研究與分析[D]. 方姣.華東交通大學(xué) 2018
[2]高速輪軌黏著特性數(shù)值分析[D]. 吳兵.西南交通大學(xué) 2011



本文編號：3041458