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高速列车轮轨材料间摩擦系数的数值模拟与实验研究
| 论文题名： | 高速列车轮轨材料间摩擦系数的数值模拟与实验研究 |
| 关键词： | 高速列车;轮轨材料;摩擦系数;分子动力学模拟;扫描电子显微镜;X射线衍射;X射线光电子能谱 |
| 摘要： | 轮轨系统是铁路运输工具的关键组成部分之一,列车牵引、运行和制动必须通过轮轨之间的滚动摩擦接触来实现,摩擦系数是轮轨滚动接触理论中非常重要的组成部分,列车运行品质也与轮轨材料摩擦副的匹配状态有密切关系。随着高速列车在世界各地的发展,越来越多的人注意到了轮轨滚动接触摩擦系数随列车运行速度的提高呈非线性变化,因此迫切需要有新的轮轨材料摩擦系数模型来满足高速列车轮轨滚动接触分析的研究要求。 目前国内外鲜有科研工作者运用分子动力学的方法去研究微观轮轨之间摩擦磨损运动机理,运用分子动力学研究轮轨之间摩擦系数的方法将继续丰富摩擦学的理论知识,形成在原子分子尺度上去研究轮轨间的力学行为,研究轮轨表面或界面金属分子层的摩擦、磨损行为。 同时,使用UMT-3摩擦试验机,通过试样试验的方法来研究轮轨材料试样,并对生锈钢块和光洁钢块做了对比试验。然后在改变不同条件下,即不同载荷,不同温度,不同相对速度条件下的摩擦行为,并使用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)等实验表征设备来解释摩擦机理,并依据数值计算和实验研究提出新的摩擦系数关系式。 结果表明:微观摩擦过程中的粘滑现象要比常规的宏观摩擦过程强烈的多;Fe-Fe之间的静摩擦力系数大约为0.97;随着滑动的进行,滑块刚开始受静摩擦力,发生相对运动后滑块变为受滑动摩擦力作用;摩擦力按基本不变的斜率增加到某一值后突然降低,而后变化呈现一定的周期性;运动体与基体表面的温度(势能和牛顿层温度)逐渐增加而后趋于稳定,两表面存在温度差;滑动后界面平均接触压力明显下降,而后趋于平缓;磨屑随法向载荷的增大而增多;轮轨材料的摩擦因数在不同状态下随法向载荷的增加而下降,随滑动速度的增加而下降,随工作温度的增加而增加。 综上所述,运用分子动力学理论将轮轨摩擦系数从宏观实验与微观模拟研究相结合必将是一项既有意义又有趣的研究内容。 |
| 作者： | 穆明 |
| 专业： | 载运工具运用工程 |
| 导师： | 周新建;肖乾;梁军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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