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摘 要：为了确定钢轨在铣削任意时间变化载荷作用下弹性扣件的响应，运用有限元分析软件ANSYS workbench模块结合铣削理论对钢轨进行瞬态分析。分析贴合实际工况，铣削力遵循傅里叶级数方程下评价某大型养路机械现有布局结构铣削瞬态响应。本文主要通过两个方面分析来验证现有布局结构铣削瞬态响应：相同铣削螺旋角，不同走行速度瞬态分析;相同走行速度，不同铣削螺旋角瞬态分析。
关键词：钢轨;ANSYS workbench;瞬态分析
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）03-0000-00
作为铁路营运中起到承载作用的关键部件，钢轨起着引导车辆行驶并直接承受列车运行过程中产生的动载荷，由于钢轨本身材质、結构原因以及列车实际运行中复杂多变的载荷及应力影响下，钢轨从铺设使用开始，随着时间的推移，钢轨表面甚至内部必然会产生疲劳，发生各种伤损，如波磨、裂纹、肥边、剥落等，以上病害如果不及时维护直接影响钢轨的使用寿命，威胁着铁路运营安全。国内外铁路的钢轨运用经验表明，定期对钢轨进行维护，可以通过改善轮轨接触位置、降低轮轨接触应力、增加转向力矩和防止钢轨侧翻，从而降低轮轨磨耗及滚动接触疲劳伤损。目前，铁路运营中修复性维护应用较为广泛，常见的有打磨、铣削，无论是打磨还是铣削，都是以恢复钢轨廓形为目的，到达改善轮轨关系，延长使用寿命。通过钢轨铣削瞬态分析结合实际应用以验证某大型养路机械现有布局结构，为优化布局提供仿真数据支撑[1]。
1 弹性扣件参数（表1）
弹性扣件外观如图1。刚度经过专业设备测试，阻尼经锤击激励法测试，采用半功率带宽法计算经试验获取，阻尼试验数据如图2。
2 钢轨瞬态分析有限元模型
该大型养路机械走行速度较低，忽略车厢及转向架的转动惯量对钢轨铣削过程动态影响及铣削过程中某大型养路机械与轨道的耦合作用[2]。分析做如下假设：假设钢轨铣削过程始终保持稳定，刚性连接，可得到钢轨铣削过程垂向动力学简化模型如图3。
利用ANSYS workbench采用2节点12自由度梁单元对钢轨进行离散建模，建立适用于单节某大型养路机械车的钢轨长度，模型采用笛卡尔坐标系，在该坐标系下施加转向架轴重下压力，弹性扣件弹簧力，顺铣约束，瞬态分析有限元模型如图4。
3 相同铣削螺旋角，不同走行速度瞬态分析
3.1铣削力
3.3 分析计算结果
计算做如下假设：铣削过程中，进入铣削区域的每一个刀齿都能铣到钢轨，计算时长1 s，步长1/2048s。相同铣削螺旋角，不同走行速度下，随着走行速度增大振动幅值增大，铣削点动态振动结果如图8。
4 相同走行速度，不同铣削螺旋角瞬态分析
计算做如下假设：铣削过程中，进入铣削区域的每一个刀齿都能铣到钢轨，计算时长1 s，步长1/2048 s。相同走行速度，不同铣削螺旋角下，25度螺旋布置刀齿不只比0°布置切削力幅值要小，且能有效减少冲击，铣削点动态振动结果如图9。
5 结论
本文讨论了钢轨铣削瞬态分析，主要采用2节点12自由度梁单元对钢轨进行离散建模，建立适用于单节某大型养路机械车的钢轨长度，分析表明随着走行速度的增大，振动幅值增大;25度螺旋布置刀齿不只比0°布置切削力幅值要小，且能有效减少冲击;随着螺旋角度增大，振动幅值减小，但减小不是很明显。由以上计算分析验证了某大型养路机械现有布局结构铣削瞬态响应，为后续新型设计提供数据支撑，希望此思路能为今后同类设计提供必要的参考。
参考文献
[1]万敏，马颖超，张卫红.铣削加工工艺力学机理研究[J].航空制造技术，2016，59（7）：44-49.
[2]（美）Saeed Moaven.ANSYS理论与应用（第四版）[M].北京：电子工业出版社，2015.
收稿日期：2021-02-26
作者简介：陶桐（1987—），男，云南昭通人，本科，工程师，研究方向：铁路大型养路机械的研发及CAE仿真分析。
Abstract：In order to determine the response of elastic fastener under the action of milling load at any time， the transient analysis of rail was carried out by using the finite element analysis software ANSYS Workbench module combined with milling theory. According to the actual working conditions， the milling force follows the Fourier series equation to evaluate the milling transient response of the existing layout structure of a large road maintenance machine. In this paper， two aspects are analyzed to verify the milling transient response of the existing layout structure： the same milling helix angle， different running speed transient analysis; Transient analysis of the same running speed and different milling helix angle.
Key words：Rail;ANSYS Workbench;transient analysis
关键词：钢轨;ANSYS workbench;瞬态分析
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）03-0000-00
作为铁路营运中起到承载作用的关键部件，钢轨起着引导车辆行驶并直接承受列车运行过程中产生的动载荷，由于钢轨本身材质、結构原因以及列车实际运行中复杂多变的载荷及应力影响下，钢轨从铺设使用开始，随着时间的推移，钢轨表面甚至内部必然会产生疲劳，发生各种伤损，如波磨、裂纹、肥边、剥落等，以上病害如果不及时维护直接影响钢轨的使用寿命，威胁着铁路运营安全。国内外铁路的钢轨运用经验表明，定期对钢轨进行维护，可以通过改善轮轨接触位置、降低轮轨接触应力、增加转向力矩和防止钢轨侧翻，从而降低轮轨磨耗及滚动接触疲劳伤损。目前，铁路运营中修复性维护应用较为广泛，常见的有打磨、铣削，无论是打磨还是铣削，都是以恢复钢轨廓形为目的，到达改善轮轨关系，延长使用寿命。通过钢轨铣削瞬态分析结合实际应用以验证某大型养路机械现有布局结构，为优化布局提供仿真数据支撑[1]。
1 弹性扣件参数（表1）
弹性扣件外观如图1。刚度经过专业设备测试，阻尼经锤击激励法测试，采用半功率带宽法计算经试验获取，阻尼试验数据如图2。
2 钢轨瞬态分析有限元模型
该大型养路机械走行速度较低，忽略车厢及转向架的转动惯量对钢轨铣削过程动态影响及铣削过程中某大型养路机械与轨道的耦合作用[2]。分析做如下假设：假设钢轨铣削过程始终保持稳定，刚性连接，可得到钢轨铣削过程垂向动力学简化模型如图3。
利用ANSYS workbench采用2节点12自由度梁单元对钢轨进行离散建模，建立适用于单节某大型养路机械车的钢轨长度，模型采用笛卡尔坐标系，在该坐标系下施加转向架轴重下压力，弹性扣件弹簧力，顺铣约束，瞬态分析有限元模型如图4。
3 相同铣削螺旋角，不同走行速度瞬态分析
3.1铣削力
3.3 分析计算结果
计算做如下假设：铣削过程中，进入铣削区域的每一个刀齿都能铣到钢轨，计算时长1 s，步长1/2048s。相同铣削螺旋角，不同走行速度下，随着走行速度增大振动幅值增大，铣削点动态振动结果如图8。
4 相同走行速度，不同铣削螺旋角瞬态分析
计算做如下假设：铣削过程中，进入铣削区域的每一个刀齿都能铣到钢轨，计算时长1 s，步长1/2048 s。相同走行速度，不同铣削螺旋角下，25度螺旋布置刀齿不只比0°布置切削力幅值要小，且能有效减少冲击，铣削点动态振动结果如图9。
5 结论
本文讨论了钢轨铣削瞬态分析，主要采用2节点12自由度梁单元对钢轨进行离散建模，建立适用于单节某大型养路机械车的钢轨长度，分析表明随着走行速度的增大，振动幅值增大;25度螺旋布置刀齿不只比0°布置切削力幅值要小，且能有效减少冲击;随着螺旋角度增大，振动幅值减小，但减小不是很明显。由以上计算分析验证了某大型养路机械现有布局结构铣削瞬态响应，为后续新型设计提供数据支撑，希望此思路能为今后同类设计提供必要的参考。
参考文献
[1]万敏，马颖超，张卫红.铣削加工工艺力学机理研究[J].航空制造技术，2016，59（7）：44-49.
[2]（美）Saeed Moaven.ANSYS理论与应用（第四版）[M].北京：电子工业出版社，2015.
收稿日期：2021-02-26
作者简介：陶桐（1987—），男，云南昭通人，本科，工程师，研究方向：铁路大型养路机械的研发及CAE仿真分析。
Abstract：In order to determine the response of elastic fastener under the action of milling load at any time， the transient analysis of rail was carried out by using the finite element analysis software ANSYS Workbench module combined with milling theory. According to the actual working conditions， the milling force follows the Fourier series equation to evaluate the milling transient response of the existing layout structure of a large road maintenance machine. In this paper， two aspects are analyzed to verify the milling transient response of the existing layout structure： the same milling helix angle， different running speed transient analysis; Transient analysis of the same running speed and different milling helix angle.
Key words：Rail;ANSYS Workbench;transient analysis