关键词： 轮轨关系   白层组织   摩擦磨损   组织演变   塑性变形  

摘要： 轮轨系统是轨道交通中与安全最为直接相关的重要走行部件系统。随着我国铁路运输的快速发展,轮轨间的磨损和接触疲劳等问题日益突出,这将直接影响轮轨的使用寿命,以致危及整车的安全稳定运行。而在磨损过程中,轮轨踏面表层材料组织结构及其力学性能也在发生变化,因此选取典型轮轨材料研究磨损过程中的组织结构变化对轮轨材料的设计制造以及轮轨材料匹配具有重要意义。本文利用光镜、扫描电镜（SEM,附带T-EBSD分析）、透射电镜（TEM）进行观察,研究运行下线的CL60车轮、U71Mn钢轨和试验室条件下的CL65车轮钢、U75V钢轨钢滚动/滑动磨损过程中的组织结构演变以及不同类型白层组织的形成机制。在轮轨服役期间,刹车、蠕滑等因素会导致轮轨接触面表层温度迅速升高至奥氏体化温度,由于温升速度快、保温时间极短,形成的奥氏体晶粒非常细小（小于1微米）,导致随后极速冷却形成的马氏体也是超细晶粒。同时由于原始渗碳体在奥氏体化中溶解不充分,在形成的马氏体组织中还残留非常细小的碳化物,使得形成的这一白层组织具有超高的硬度。马氏体白层组织形成后,后续的使用会导致形成的马氏体继续发生塑性变形,最后在表层组织中形成过饱和α相纳米晶。轮轨踏面相变白层的形成属于热和塑性变形综合作用机制。在滚动磨损过程中,由于受到压应力和剪切应力的作用,表层珠光体发生塑性变形,使得珠光体片层方向逐渐趋向于平行磨损表面,同时,珠光体片层间距也逐渐减小。当片层间距小于1OOnm时,大部分渗碳体出现断裂、溶解现象,而珠光体中的铁素体也由于塑性变形而使亚晶细化,最后形成具有一定择优取向的条状铁素体,其间分布着未溶解的细小渗碳体。亚共析钢中的先共析铁素体由于强度较低也会因塑性变形而发生亚晶粒细化,部分亚晶界逐渐转化成大角度晶界使铁素体细化。受转轴径向周期性振动的影响,在滚动磨损的主/陪试样表面出现多边化磨损现象,对其磨损表面形貌、几何尺寸和微观组织与性能的分析表明,形成的波峰主要是粘着磨损,而波谷主要是疲劳磨损。无论是波峰还是波谷,在磨损过程中表层都发生了塑性变形硬化,但波峰和波谷的硬化程度和规律不同:（1）波谷表面硬度高于波峰表面硬度;（2）波谷的最高硬度出现在表面而波峰的最高硬度出现在次表面;（3）波谷的硬化层深度大于波峰。对环-块滑动磨损试验中的块试样（CL65）在磨损过程中表层组织变化的研究表明,磨损过程中表层片状珠光体发生了塑性变形,片层间距减小,铁素体片内形成大量位错,渗碳体片部分发生断裂、溶解。塑性变形继续增加,渗碳体开始大量溶解变成颗粒状,铁素体片内位错增殖、缠结,形成位错墙,在铁素体片内形成多个短棒状甚至是等轴状的位错胞,并逐渐转变为小角度的亚晶界。塑性变形再增大,在亚晶粒进一步细化的同时,这些小角度的亚晶界会通过位错增殖与湮灭,使晶粒不断旋转而成为大角度晶界,并且晶粒取向随机,使晶粒细化到纳米量级。由于这一表层的碳化物发生了断裂、细化和溶解,使得材料的耐腐蚀性提高,因此在光学显微镜下表现为白层,属于塑性变形机制。

关键词： 轮对结构弹性   特征频率   车辆动力学性能   轮轨磨耗   车轮多边形  

摘要： 轮对是车辆系统的主要部件,随着列车运行速度的提高,轮轨间相互作用也越来越剧烈,轮对的弹性模态特征对轮轨系统振动的影响不容忽视。本文以国内某高速列车为研究对象,结合多体动力学和有限元法,将轮对和构架弹性化处理后,建立整车刚-柔耦合动力学模型。考虑1000Hz内的轮对连续多阶模态耦合作用和各阶模态单独作用时,仿真计算车辆在不同工况下的轮轨动力特性,并与刚体轮对的仿真结果对比,研究轮对模态对轮轨系统的影响,结果表明:(1)轮对模态中对动力学性能影响较大的主要是轮对的扭转和一、二阶弯曲模态。在车辆动力学仿真中,考虑轮对前14阶模态可以获得较好的仿真精度,14阶之后的高阶模态对轮轨动力学性能的影响不明显。(2)车辆在直线上低速运行时,轮对扭转模态对轮轨动力学性能影响较大。车辆高速运行时轮轨间动作用加剧,轮对模态对轮轨垂向作用影响不明显,但一、二阶弯曲振动加剧了轮轨横向作用,使车辆的临界速度降低约9%。(3)车辆高速通过曲线时,弹性轮对模态会使轮重减载率和脱轨系数小幅增大,但均未超过安全限值。此外,轮对的扭转和一、二阶弯曲会使纵向蠕滑力显著增大,对横向蠕滑力的影响有限。与刚性轮对相比,轮对弹性振动导致磨耗指数增幅超过20%,其中一阶弯曲的影响最大。轮对的弯曲作用导致轮轨接触点位置分布区域扩大,并向轨道内侧移动,其中外侧轮轨接触点短时间内靠近轮缘根部,容易引发轮缘与钢轨的冲击作用。(4)轮对一阶弯曲模态共振时,蠕滑力的周期性变化对车轮多边形磨耗产生影响。轮对一、二阶弯曲模态会加剧多边形车轮的磨耗,提高车轴的弯曲刚度使其弯曲变形程度减小,可有效缓解车轮的多边形磨耗。本文通过研究轮对模态对轮轨相互作用的影响特征,为我国高速列车轮对低动力设计提供参考意见。

关键词： 高速铁路   钢轨   打磨   轮轨   接触关系  

摘要： 高铁建设力度和运营规模的拓展,促使维修养护工作已成为高铁运营环节新兴课题.目前,高铁路基诸多由无砟轨道构筑,虽线路工作量相对较小,但钢轨属于铁路运输重点设施,其维修难度尤为重要.鉴于此,笔者以自身工作经验为基准,通过对高铁钢轨打磨技术的分析,以具体案例阐述其对轮轨接触管理的影响.

关键词： 重载铁路   橡胶垫老化   双层轨道结构   动力学模型   动力学性能分析  

摘要： 在重载铁路中,轨下橡胶垫是轨道结构中十分重要的弹性部件,起着减振降噪的重要作用。近些年,随着重载货车轴重的增加和运营速度的提高,重载铁路的轨道结构所承受的荷载不断增大,进而导致轨下胶垫的老化速度加快,轨道几何状态难以保持,对货车运输的安全已经构成了严重的威胁。针对上述出现的问题,有必要深入研究胶垫老化现象对轮轨系统动力学性能的影响。本文基于多体系统动力学理论,针对以往研究中重载铁路轨道模型过于简化的问题,利用SIMPACK软件对其轨道模块进行细化分层,建立了具有双层轨道结构的30t轴重货车轮轨动力学模型。该模型能够分别调节轨下胶垫及道床结构的刚度和阻尼,解决了以往研究中胶垫和道床等部件的刚度和阻尼被集中的问题,使得理论研究更加符合实际。然后假定货车的运营时速分别为60、80以及100km/h,综合分析了轨下胶垫老化对整体系统动力学性能的影响。研究结果表明:在不同的车速下,当胶垫刚度取值在2000MN/m范围内逐渐增大时,车体的横向加速度和平稳性最大值均有微小波动;车体的垂向加速度和平稳性最大值呈小幅度增大;轮轨横向力和脱轨系数的变化趋势较为相似,两者的最大值均在小范围内波动且无规律性可寻;轮轨垂向力的增幅较为明显,在三种不同的速度下,其最大值的增幅依次为7.45%、9.37%和12.45%,因轮轨垂向力的增大会加速对轮轨系统的损伤,故应定期对其进行抽检并及时更换老化的胶垫;钢轨垂向位移和加速度随着胶垫刚度的增大均明显减小,其中胶垫刚度由20MN/m增至100MN/m时,钢轨位移的减小量就超过了60%,表明胶垫刚度对其位移的影响尤为显著;轨枕垂向位移和加速度均增大,相比轨枕的位移,胶垫刚度对其加速度的影响更为明显。假定胶垫刚度不变,货车速度对车辆和轨道的动力学性能均有较大影响。由上述结果可知,轨下胶垫老化(胶垫老化后刚度常大于200MN/m)会增大轮轨垂向力和轨枕垂向位移及振动加速度,加剧轮轨间的冲击力和磨耗以及轨下结构的振动,恶化线路条件;而线路条件的恶化又将反过来加剧轮轨间相互作用力,形成恶性循环。因此为延长钢轨、轨枕、道床和路基的使用寿命以及降低维修工作量和运营成本,应定期对轨下胶垫进行抽检并及时更换老化的胶垫。

关键词： 轮轨黏着   表面粗糙度   弹塑性接触   数值模型   黏着试验  

摘要： 随着我国经济的发展,高速铁路也顺应形势得到了很大发展。在车辆速度不断提高的同时,安全问题也是一个需要关心的问题。轮轨黏着问题随着车速的提高显得越加突出。为了保证列车运行安全有必要从理论和试验角度开展高速轮轨黏着机理的研究工作。本文通过建立三维高速轮轨黏着数值模型及开展高速轮轨黏着试验揭示轮轨表面存在水油污染时的黏着机理,主要得到以下三点结论。1.建立了考虑热效应的三维高速轮轨黏着数值模型进行了求解。固体压力采用考虑了材料弹塑性变形特性的Zhao-Maietta-Chang(ZMC)模型,并与弹性模型Greenwood-Tripp(G-T)模型进行对比。同时获得了轮轨界面的压力分布并调查了速度、轴重、粗糙度等因素对黏着系数的影响。结果发现随着速度的增加黏着系数随之减小,膜厚随之增大。轴重对轮轨黏着影响不大。粗糙度对黏着系数有着显著影响。2.根据现场对动车车轮粗糙度测试结果,经傅里叶拟合分析得到粗糙峰半径范围在50μm以内。利用ANSYS建立单个粗糙峰与刚性平面接触的模型,找出模型弹塑性变形的各分界点,拟合单个粗糙峰与刚性平面接触的经验公式,并与Kogut-Etsion(KE)、Jackson-Green(JG)模型进行对比。然后将单个粗糙峰接触拓展到多个微凸体与刚性平面接触,推导出相应的经验公式,并与KE、ZMC模型进行对比。重点比较了平均间隙、真实接触面积和接触压力分布。结果表明拟合的经验公式平均间隙、真实面积、接触压力分布与KE、ZMC模型都很接近,且所得接触压力分布的最大接触压力比其他两个模型小,面积分布比其他两个模型大,此规律与真实接触面积与载荷关系图是一致的。数值结果还表明拟合的经验公式与粗糙峰半径以及屈服强度无关,因此该经验公式能很好地模拟轮轨固体弹塑性接触压力的计算。3.利用西南交通大学牵引动力国家重点实验室的高速疲劳机进行干态、水介质、油污染以及水油混合物存在时的高速轮轨黏着试验。试验最高速度达到200 km/h。通过控制水泵流速大小模拟实际的大雨和小雨情况。重点调查了高速情况下不同污染物存在时的黏着系数变化情况,并考虑了轴重的影响。

关键词： 轮轨材料   激光离散淬火   磨损   损伤   接触疲劳寿命  

摘要： 随着铁路运输高速化与重载化的快速发展,轮轨磨损与疲劳损伤问题变得日益严重,对轮轨材料进行激光表面处理是一种先进的技术手段。激光离散淬火处理技术通过在材料表面加工出一定规则排列的激光硬化区域,来避免回火软化的搭接区,形成激光硬化区与基体软硬相间的结构。激光离散技术在轮轨材料表面的运用,具有提高耐磨性与抗疲劳性能的作用,有利于延长轮轨的服役寿命。论文采用CO激光器在轮轨试样表面进行激光离散淬火处理,研究了激光功率和激光淬火时间对轮轨试样淬火层表面硬度、表面质量及淬硬层深度的影响;在获得最佳的激光工艺参数基础上,在轮轨试样表面加工出三种不同激光淬火间距。在干态和水介质条件下,利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机分别对最佳工艺参数下激光离散淬火轮轨试样的磨损与接触疲劳寿命进行了研究。论文研究主要结论如下:(1)在激光淬火光斑尺寸Φ5mm、离焦量32.5mm情况下,轮轨试样最佳激光离散淬火工艺参数为激光功率900W、淬火时间0.6s。(2)轮轨试样磨损率随激光淬火间距的增大而增加,其中0.3mm淬火间距轮轨试样的减磨效果最好,车轮和钢轨试样的磨损率分别降低约35.7%和66.8%;随激光淬火间距的增大,未处理区的损伤变得严重,由小块剥落向大块剥落损伤转变,淬火区塑性变形厚度增加,剖面损伤变得严重。(3)干态下轮轨试样均激光离散淬火处理后磨损率显著降低,轮轨系统平均磨损率减小约49.2%,单一激光离散淬火车轮或钢轨试样能大幅减轻处理试样的磨损,但同时会加剧对摩试样的磨损;激光离散淬火处理后的轮轨试样表面损伤明显减轻,主要磨损机制为疲劳磨损,淬火区之间的基体区域表面以小块剥落为主并伴随一定的疲劳磨损;激光离散淬火能够增强材料的抗塑性变形能力,抑制裂纹的萌生,同时能够保护相邻基体材料,阻碍裂纹的扩展,从而提高了轮轨材料的抗疲劳性能。(4)水介质条件下,轮轨试样均激光离散淬火处理和单一处理车轮试样的接触疲劳寿命分别提高约101.9%和75.2%,而单一钢轨处理导致车轮试样提前失效,疲劳寿命降低约47.6%;轮轨试样均处理后失效试样表面和剖面损伤明显减轻,仅在两淬火区之间的基体区产生相对较小的剥离坑,处理试样的抗疲劳剥离性能显著提高;在淬火区未发现疲劳裂纹,在基体区的小块剥离坑底部产生裂纹,且扩展方向单一,在基体材料内部沿着淬火相变区域边缘方向扩展。

关键词： 滚动接触疲劳   直裂纹   斜裂纹   动态应力场强度因子   显式有限元法  

摘要： 随着列车速度的提高和轴重的增加,轮轨间滚动接触疲劳已逐渐成为国内外钢轨损伤的主要形式之一,若处理不及时,疲劳裂纹将持续扩展最终导致断轨和崩轮,因此对于钢轨表面疲劳裂纹的萌生和扩展研究显得尤为重要。随着计算机技术的发展,在过去的几十年里,部分学者基于Abaqus和Ansys等有限元软件研究钢轨表面裂纹的扩展行为,也有学者基于Sympack等动力学软件研究钢轨的疲劳寿命,但大多数是建立静态或准静态模型研究二维裂纹问题。正因为之前学者研究的不足,本文中采用虚拟裂纹闭合技术研究三维裂纹的瞬态扩展行为,为理解滚动接触疲劳的扩展机理和优化其防治措施提供支撑。为了研究三维裂纹的瞬态扩展行为,本文基于国内某条高速线路,采用ANSYS-LS/DYNA建立了考虑钢轨表面疲劳裂纹的三维轮轨瞬态滚动接触模型,于时域内分析了轮轨滚滑作用下疲劳裂纹的瞬态扩展行为。模型中可以充分考虑轮轨的几何型面,轮轨间和裂纹面接触均采用"面-面"接触算法定义,切向接触满足库伦摩擦定律。本文通过设置该"面-面"接触来求解轮轨间和裂纹面间的法、向瞬态滚动接触响应,并且可求得轮轨接触斑内的"粘-滑"分布,分析车轮滚过裂纹缺陷处的高频响应,再现车轮滚过裂纹缺陷时的冲击行为,着重分析轮轨间、裂纹面间接触解和裂尖应力场强度因子。本文中计算裂尖应力场强度因子采用虚拟裂纹闭合技术,不考虑裂纹面之间的间隙,即两个裂纹面上的离散节点完全重合。本文计算过程中主要分为两步,首先基于裂尖节点力和裂尖附近重合节点的位移差计算出应变能释放率,然后基于应变释放率和应力场强度因子的相互关系计算出KⅠ、KⅡ和KⅢ。由于模型中建立了三维裂纹,其裂尖均由一些离散的节点构成,故可以研究裂尖应力场强度因子沿裂尖的分布情况。为了验证模型的必要性,本文建立了带三维裂纹的静态模型,主要方法是将车轮平行的移动到钢轨表面的不同位置,并求得轮轨间、裂纹面间接触解和裂尖应力场强度因子。同时,本文也采用动态模型求得相同裂纹尺寸下的结果,将静态计算的结果与动态进行对比,最终发现发现利用静态模型计算得到的结果要比动态低,主要是由于静态裂纹模型中忽略了车轮滚过裂纹时产生的瞬态冲击力。对模型进行验证分析后,本文考虑较为简单的模型,即钢轨表面存在直裂纹的三维轮轨瞬态滚动接触模型,并且考虑了列车在牵引状态下,裂纹面摩擦系数、轮轨间粘着系数、裂纹深度和列车速度对于轮轨间和裂纹面接触力以及裂尖应力场强度因子的影响,得出的主要结论如下:轮轨滚滑状态下,直裂纹均闭合,其KⅠ值为0。当裂纹面摩擦系数由0变化到0.5时,|KⅡ|max降低了 20.66%,|KⅢ|max降低了 18.53%;轮轨黏着系数在0-0.5之间变化时,|KⅡ|max变化了 3.98%|KⅢ|max降低20.8%;当裂纹深度由0.5mm增大到3mm时,|KⅡ|max增大30.88%,|KⅢ|max降低20.06%;当列车速度在250-350km/h范围内变化时,轮轨间和裂纹面接触力以及裂尖应力场强度因子不发生变化。在实际的现场调查中很少存在直裂纹的情况,大多数是与轨面成一定夹角,因此为了进一步贴合实际,本文建立了带钢轨表面斜裂纹的三维瞬态轮轨滚动接触模型,考虑轮、轨均为线弹性材料时,列车处于牵引状态下,斜裂纹角度、斜裂纹长度和牵引系数对于钢轨表面斜裂纹瞬态扩展行为的影响。基于所得结果,可以得到以下结论:在不同的倾角下,斜裂纹均处于闭合状态,其KⅠ值均接近0,在所研究的四个角度下,以等效应力场强度因子Keq为评判标准,其值先降低后增加,在α=30°时达到最大,α=75°时达到最小,两者相差25.18%;牵引系数由0增大到0.4时,裂纹将会张开,裂尖应力场强度因子|KⅡ|max和|KⅢ|max幅值分别增大了 48.81%和 25.76%。最后,在考虑了直裂纹和斜裂纹的瞬态扩展行为后,本文对已经研究的内容进行总结并基于已有成果对未来研究进行了展望。

关键词： 高速列车轮对   弹性   旋转走行   动力学性能   运行安全性  

摘要： 随着高速铁路技术稳步发展,列车高速运行使轮轨系统相互作用更加激烈,轮对弹性特征及其旋转走行形式对高速轮轨系统运用安全、结构振动、轮轨接触及磨耗、曲线通过能力等动力学性能的影响不容忽视。本文基于我国现役的高速动车组,建立了考虑轮对弹性及旋转走行的车辆-轨道系统动力学模型,对旋转走行轮对发生弹性变形后轮轨接触、走行关系、轮轨附加动力等的变化规律,车辆系统振动性能,曲线通过安全及轮轨磨耗,车轮踏面缺陷冲击作用下列车运行安全性和轮轴压装部位疲劳性能等问题开展深入研究。本论文的主要研究内容如下:(1)基于旋转Timoshenko梁模型对轮对弹性化处理,建立了车辆-轨道系统刚-弹耦合动力学模型,并借助有限元软件和多体动力学软件建立了考虑轮轨系统主要部件弹性模态的车辆-轨道系统弹性动力学模型。分别利用两种模型仿真分析了车辆系统直线运行性能,并与线路测试结果进行比较,两种模型均能较为准确地反映轮轨系统动力学性能及轮对旋转振动特征,弹性动力学模型用于研究高速轮轨系统振动传递规律可以得到更加精确的结果。(2)建立考虑轮对弹性和旋转走行的车辆-轨道系统动力学模型,研究了高速列车分别在直线和曲线通过时,轮对弯曲变形的差异,及其旋转走行对轮轨接触特性、轮轨动态作用力及轮对振动性能的影响。轮对垂向振动存在旋转频率特征,其对应的频率值和振动能量随列车运行速度提高而增大。轮对旋转振动频率会向上传递,对构架和车体振动也有明显影响。轮对不同弹性模态特征对车辆系统临界速度,轮轨接触点横向位置,轮轨蠕滑及磨耗性能等均有一定影响,车辆系统在直线运行时的横向动力学性能主要受车轴二阶、四阶弯曲和车轮同向伞形等模态特征影响;在曲线通过时,轮轨系统横向动力学性能主要受车轴扭转、一阶和二阶弯曲模态特征影响。(3)建立考虑轮对弹性和旋转走行的车辆-轨道系统动力学模型,分析了曲线轨道上轮轴弹性变形特征,及弹性变形与旋转对轮对横向移动和轮轨蠕滑性能的影响;得到了轮对不对称弯曲变形引起的偏心现象在轮对旋转走行作用下产生科氏加速度,使轮对横向运动偏向轨道外侧;给出了曲线通过速度,线路不平顺激扰,曲线超高值和曲线半径等因素对轮轨接触特性、列车运行安全性及轮轨磨耗的影响规律。(4)建立考虑车轮踏面凹陷的车轮扁疤伤损和车轮多边形磨损三维模型,真实反映实际运用过程中车轮踏面缺陷外形。在轮对旋转走行过程中不断更新车轮踏面,实现了车轮踏面缺陷对轮轨系统周期性冲击,研究了在不同类型和不同几何尺寸的车轮踏面缺陷冲击作用下,车辆系统振动和轮轨作用力的变化规律。随着列车运行速度提高,车轮扁疤冲击作用下轮轨垂向作用力最大值呈现先增大后减小的规律,车轮多边形冲击作用下轮轨系统振动和作用力均会明显增大,并结合列车运行安全性指标,给出了不同速度等级下车轮扁疤伤损和车轮前三阶多边形磨耗安全限值。(5)建立考虑轮轴压装部位过盈配合的轮对有限元模型,轮轴压装过盈量、轮轨垂向静态载荷、轮对旋转速度及车轮踏面缺陷均对轮轴压装部位接触应力有一定影响。轮对高速旋转会减小轮轴压装部位接触应力。车轮踏面缺陷的中高频冲击对轮轴压装部位接触应力的影响不容忽视,且压装部位接触应力与轮轨垂向载荷也不再成单一线性关系。在保障安全运营前提下,车轮扁疤伤损和车轮多边形磨耗冲击作用力对应的Findley应力均小于疲劳极限要求。

关键词： 车辆-轨道耦合动力学   重载铁路   钢轨波磨   轮轨相互作用   安全阈值  

摘要： 重载运输是提高铁路运能效率的有效方式,已成为我国铁路货运的主要发展方向。随着货车轴重的加大和运营速度的提升,尤其是轮轨的垂向相互作用力会不断增加,给轮轨之间的相互作用带来不利影响。钢轨波磨使得轮对和轨道结构振动加剧,影响车辆的安全性,因此会极大缩短轮对和轨道结构的使用寿命,甚至造成脱轨事故。本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立重载货车-有砟轨道垂向耦合动力学模型,将车辆子系统、轨道子系统的数值振动方程,转换成矩阵形式,可以方便准确地求解车辆-轨道动力学的非线性方程;采用连续谐波模拟钢轨波磨作为轮轨间激励,编制仿真计算程序研究钢轨波磨对整体系统动力学响应的影响。在数值计算与分析部分,货车轴重分别选取25t、27t和30t,在60km/h、80km/h和100km/h的运行速度下,分析了不同波长和波深的钢轨波磨对重载铁路轮轨动态作用性能和货车运行安全性的影响;最后基于行车安全性能,确定了钢轨波磨安全控制限值。研究结果表明:(1)对于选定的钢轨波磨计算工况,假定波磨波长不变、波深增大,货车的轮轨垂向力、轮重减载率、轮对振动加速度、钢轨振动加速度随波深的增加而增大;波磨波深不变、波长增大,轮轨动力响应数值相应减少。(2)特别地,当车辆运行速度和波磨激励波长分别为60km/h和250mm时,此时波磨激振频率接近于轮轨系统振动频率,发生共振现象,导致轮轨相互作用加强。(3)当波磨波长从10mm逐渐增大到250mm时,不同轴重和不同速度等级下的各项轮轨动力响应指标,其变化趋势均随波长的增大而增大,在出现峰值后逐渐减小。在波磨波长大于临界波长的情况下,相应指标均随波深的增加而增大,并且在特定区段呈线性变化的特征。(4)根据临界波长与货车轴重、货车速度的关联关系,在相同计算条件下通过求解钢轨波磨波长和波深的安全阈值得出,如果波长大于临界波长或者波深小于临界波深,车辆将安全运行。

关键词： 车桥耦合   轮轨蠕滑作用   面接触   蠕滑率   LS-DYNA   轨道不平顺  

摘要： 桥梁是高速铁路线路上的重要一部分,其在高速铁路线路上大量使用。列车过桥时轮轨接触作用是车桥耦合产生的本质原因,有别于传统车桥耦合的点接触滑动,面接触和滚动蠕滑作用能更加真实地模拟实际列车运行时的轮轨接触状态,因此研究基于轮轨面接触的滚动蠕滑作用对车桥耦合振动效应的影响有非常重要的意义。本文首先将诸多传统车桥耦合方法进行对比,并运用ANSYS软件在平顺条件下以及不平顺条件分别下对几种传统方法进行验证,分析车桥耦合的基本特性。再通过LS-DYNA有限元软件建立三维面接触车桥耦合模型运用显式积分算法进行运算,与传统的点接触模型进行比较发现平顺条件下两者结果一致,这就证明了面接触算法的合理性,适用性,而不平顺条件下点接触算法有局限性,其结果会相对偏大。然后,介绍轮轨滚动接触蠕滑理论,将蠕滑作用引入车桥耦合振动分析中,在LS-DYNA面接触的模型基础上建立三维车桥耦合模型并在计算分析中加入轮轨蠕滑接触作用,分别讨论平顺条件下不同蠕滑率,不同接触面摩擦系数对车桥耦合振动效应的影响,以及轨道不平顺情况下蠕滑作用对车桥耦合振动效应的影响。得出结论:平顺条件下蠕滑作用影响桥梁的水平受力并会使跨中挠度增大;随着摩擦系数增大蠕滑作用会增大,其不利影响也会增大;不平顺条件下,蠕滑作用不仅影响桥梁的水平受力也会影响其垂向受力,对车桥耦合造成更大的不利影响。