近年來,隨著我國(guó)鐵路高速化及重載化的迅猛發(fā)展,列車輪對(duì)與鋼軌之間的接觸疲勞現(xiàn)象愈演愈烈。如果列車通過鋼軌疲勞嚴(yán)重部位時(shí),車體會(huì)因?yàn)殇撥壠诎l(fā)生高速抖動(dòng)現(xiàn)象。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理,會(huì)影響乘客的乘車舒適性,甚至影響列車的運(yùn)行安全性。因此,研究列車的輪軌接觸關(guān)系以及接觸疲勞問題對(duì)列車安全運(yùn)行意義重大。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),車輛軸重和鋼軌波磨對(duì)鋼軌疲勞的影響比較大。為此,通過搭乘高速綜合檢測(cè)車,采用鋼軌型面測(cè)量?jī)x實(shí)際檢測(cè)我國(guó)國(guó)內(nèi)某條高速鐵路存在波浪形磨耗的鋼軌區(qū)段,采集相關(guān)波磨區(qū)段幾何參數(shù)的數(shù)據(jù),并以此實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立存在鋼軌波磨的鋼軌有限元模型,計(jì)算了不同的軸重下的鋼軌應(yīng)力應(yīng)變情況,然后計(jì)算了不同參數(shù)對(duì)鋼軌疲勞壽命的影響。本文具體的研究工作體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:（1）.首先,依據(jù)實(shí)際幾何參數(shù)建立輪對(duì)、鋼軌以及軌道板三維模型。其中踏面類型為L(zhǎng)MA磨耗型踏面,鋼軌為60kg/m,軌道板型號(hào)為CRTS-Ⅲ,軌底坡比例為1:40。輪軌滾動(dòng)接觸疲勞的關(guān)鍵區(qū)域主要位于接觸部位,需將輪對(duì)和鋼軌之間接觸區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化。在不影響計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下,采用劃分過渡網(wǎng)格方式,從車輪-鋼軌接觸部位的細(xì)化網(wǎng)格過渡到輪... 

【文章來源】：北京建筑大學(xué)北京市

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

德國(guó)列車脫軌事故

第2章輪軌滾動(dòng)接觸理論7第2章輪軌滾動(dòng)接觸理論輪軌接觸理論是不僅僅研究輪軌關(guān)系的基礎(chǔ)，更是解決問題的關(guān)鍵技術(shù)，是一個(gè)極為關(guān)鍵而又十分復(fù)雜的問題，接觸理論由兩大核心問題構(gòu)成：第一個(gè)核心問題是法向接觸問題，第二個(gè)核心問題是切向接觸問題。隨著輪軌滾動(dòng)接觸理論不斷完善與深入發(fā)展，為發(fā)展輪軌動(dòng)力學(xué)供了十分重要的理論依據(jù)，本章將介紹幾種主要輪軌滾動(dòng)接觸理論。2.1Hertz接觸理論德國(guó)物理學(xué)家Hertz于1882年，在研究?jī)蓚�(gè)彈性物體之間的接觸問題時(shí)，發(fā)現(xiàn)研究并提出了一種新的接觸理論—Hertz理論。該理論認(rèn)為兩個(gè)彈性物體之間的接觸斑形狀是橢圓形的，如圖2-1所示，并做出了四點(diǎn)假設(shè)，這四點(diǎn)假設(shè)分別是：第一點(diǎn)假設(shè)是兩個(gè)彈性物體之間的接觸區(qū)域發(fā)生的變形很��；第二點(diǎn)假設(shè)是兩彈性物體之間的接觸區(qū)域是一個(gè)橢圓形的區(qū)域；第三點(diǎn)假設(shè)是兩個(gè)彈性物體之間沒有摩擦，即兩個(gè)彈性物體之間只存在法向應(yīng)力不存在切向力，并且將彈性物體視為彈性半空間；第四點(diǎn)假設(shè)是接觸區(qū)域和接觸表面相對(duì)曲率相對(duì)于物體來說很小[27]。圖2-1Hertz理論接觸斑形狀通過上述四點(diǎn)假設(shè)，Hertz理論將輪軌之間的接觸法向應(yīng)力值用橢圓長(zhǎng)短半軸表示出來，數(shù)值表達(dá)式如下：11122122111112A+B=+++RRRR(2-1)11122122111112BA=+RRRR(2-2)式中：A和B——常數(shù)；11R——輪對(duì)滾動(dòng)圓半徑；12R——踏面橫截面外形半徑；21R——鋼軌縱向曲率半徑；22R——鋼軌橫截面外形半徑。

第3章三維輪軌滾動(dòng)接觸有限元模型14sσ——材料的屈服極限；σ——應(yīng)變；ε——彈性應(yīng)變；pε——塑性應(yīng)變。屈服準(zhǔn)則為Von-Mises準(zhǔn)則，數(shù)值表達(dá)式如下所示：22221223312sσσ+σσ+σσ=σ(3-3)圖3-1鋼軌材料雙線性隨動(dòng)硬化模型3.2幾何模型以及相關(guān)參數(shù)的確定本文整體幾何模型主要由鋼軌、列車輪對(duì)以及軌道板三大部分組成，鋼軌實(shí)物如圖3-2a所示。精準(zhǔn)的有限元模型是后續(xù)研究鋼軌所受接觸應(yīng)力應(yīng)變的前提與基礎(chǔ)，更是接下來研究鋼軌疲勞裂紋萌生壽命的保障。因此依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)營(yíng)中輪對(duì)、鋼軌以及軌道板的實(shí)際尺寸建立三維輪軌實(shí)體模型如圖3-2b所示。幾何模型中車輪踏面類型是LMA磨耗型踏面，外形尺寸如圖3-3所示，輪對(duì)材料為SSW-Q3R，鋼軌材料為U71Mn-鋼，材料屬性如下表3-1[43]。輪對(duì)滾動(dòng)圓半徑為460mm；鋼軌為60kg/m鋼軌，輪廓尺寸如圖3-4所示，軌距1435mm，兩個(gè)車輪內(nèi)側(cè)間距是1360mm，鋼軌軌頭處寬為73mm，軌底坡為1：40；軌道板選用CRTS-Ⅲ型軌道板。根據(jù)前期調(diào)研情況，列車軸重和鋼軌波磨對(duì)輪軌滾動(dòng)參數(shù)的影響比較大。因此，本文主要研究?jī)煞N參數(shù)下的輪軌接觸狀況：軸重以及單邊鋼軌波磨，軸重分別為14t、16t、18t、200以及22t；鋼軌波磨通過搭乘綜合檢測(cè)列，使用鋼軌型面測(cè)量?jī)x車在我國(guó)某段鐵路實(shí)際檢測(cè)得出，本文有限元模型之中僅僅是右側(cè)鋼軌存在鋼軌波磨，左側(cè)鋼軌仍是正常鋼軌用于對(duì)比研究。

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本文編號(hào)：3475609