论文部分内容阅读
随着列车轴重的增大、车辆编组的加长和行车速度的提升,钢轨磨耗问题日益严重。使用试验手段和现场观测来研究轮轨磨耗问题,存在两个非常重要的问题就是周期长,费用高;在采用多体系统动力学程序计算钢轨磨耗问题中,其材料是线弹性的,且结果均为二维结果。为此,本文使用ABAQUS有限元仿真软件对直线线路上轮轨滚动接触进行仿真模拟、数值计算,研究了轮轨稳态弹塑性接触下钢轨的磨耗规律,实现钢轨磨耗的三维展示,对轮轨型面优化以及降低钢轨磨耗量等问题的研究具有一定的指导作用。本文所完成的主要工作如下:(1)以轮轨滚动接触理论和弹塑性理论为基础,利用ABAQUS有限元软件建立了三维轮轨接触模型,分析了四种轮轨接触工况:静态弹性接触、静态弹塑性接触、稳态弹性接触及稳态弹塑性接触。通过分析比较四种工况下轮轨接触情况,得到如下结论:与其他工况相比,轮轨稳态弹塑性接触工况考虑了轮轨滚动接触和实际轮轨材料的弹塑性,该工况下钢轨塑性应变最为严重,钢轨表面摩擦力有明显的自旋运动存在,因此轮轨稳态弹塑性接触工况相比于其他工况更符合实际工况,利用有限元方法研究钢轨磨耗问题需要以此工况为基础。(2)以轮轨稳态弹塑性接触工况为基础,利用ABAQUS中所建立的三维轮轨接触模型,并选定Archard模型为磨耗模型,定义测定钢轨磨耗的角度坐标系,对轮缘与轨距边接触和车轮踏面中心与钢轨顶面接触两种工况下的轮轨接触特性和磨耗规律进行研究,最后将两种工况所得的结果进行叠加分析,获得钢轨全截面磨耗规律。结果表明:钢轨磨耗在其截面上呈现出中间大两端小的规律,距离钢轨中心线偏轨距边方向17 mm处附近为钢轨磨耗最大的部位。相比于以往使用多体动力学方法研究钢轨磨耗,有限元方法中的轮轨模型材质是弹塑性的,更加接近真实的轮轨接触状态。(3)分析了摩擦系数、车轮横移量、轮轨冲角、行车速度等参量对钢轨磨耗的影响。结果表明:直线线路上,钢轨顶面磨耗随着摩擦系数的增大而增大;随着车轮横移量的增大,钢轨磨耗有整体向钢轨非作用边移动的趋势,钢轨磨耗的最大值随车轮横移量的增大而降低;直线线路上,轮对冲角的改变对钢轨磨耗量的影响不大,其主要对接触斑及磨耗斑形态有一定的影响;钢轨磨耗的最大值随行车速度的增大而增大。