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原文传递小半径曲线轨道支撑形式过渡段钢轨波磨现象的数值仿真

论文题名：	小半径曲线轨道支撑形式过渡段钢轨波磨现象的数值仿真
关键词：	铁路工程;钢轨结构;波磨现象;数值仿真;小半径曲线
摘要：	钢轨波磨问题是铁路行业的一个百年难题，它不仅会降低车辆和轨道的使用寿命，还会产生振动和噪声影响乘客的舒适性，严重的甚至会造成脱轨等安全事故。波磨的研究涉及个多学科和领域，比如材料学、动力学、滚动接触理论和摩擦学等，到目前为止仍没有行之有效的解决方法。对于轻微的钢轨波磨，可以通过打磨的方法来消除，但是波磨现象会反复出现。对于严重的钢轨波磨，只能通过更换钢轨来解决。而无论是打磨还是更换钢轨，成本都比较高，因此对于钢轨波磨的研究具有十分重要的理论意义和经济价值。　　陈光雄教授提出轮轨间的摩擦耦合自激振动可以使钢轨产生波磨，认为车辆在小半径曲线轨道上行驶时，转向架前轮对与钢轨间的蠕滑力趋于饱和状态，其值为法向接触力与摩擦系数的乘积，而饱和蠕滑力可以导致轮轨系统产生摩擦自激振动，从而引起摩擦功的波动导致钢轨波磨的产生，本文基于上述观点分别使用复特征值分析方法和瞬时动态分析方法对小半径曲线轨道上轨道支撑形式过渡段实际发生的钢轨波磨现象进行了研究，主要开展了以下工作: 　　(1)对国内外钢轨波磨的研究现状进行了调查，其产生机理总结起来主要包括两类:假设初始轨道不平顺，当车轮反复通过轨道时，由于轮轨间的瞬时动态接触引起摩擦功波动从而产生钢轨波磨;在全滑动状态下负的牵引-蠕滑曲线斜率导致轮轨间的粘滑自激振动，从而导致钢轨波磨。最后对轨道支撑结构对钢轨波磨的影响进行了调查，发现钢轨垫片刚度和轨枕间距对钢轨波磨也有着显著的影响。　　(2)运用复特征值分析方法并借助于ABAQUS软件，对科隆蛋扣件支撑轨道与普通短轨枕支撑轨道过渡段的钢轨波磨进行了研究，分别建立了5种不同状态的轮轨系统有限元模型，研究发现在普通短轨枕支撑区段的主导频率有两个，约为290 Hz和500 Hz，会产生一长一短两种波磨;而在科隆蛋支撑区段的主导频率只有一个约为500Hz，只会产生一种波长的钢轨波磨。在轨道支撑形式仅为普通短轨枕支撑或科隆蛋扣件支撑时，发生振动的主导频率均约为500 Hz，对应的波磨波长约为40～50mm。　　(3)借助于ABAQUS软件使用瞬时动态分析方法分析轮对由科隆蛋扣件支撑区段运行至普通短轨枕支撑区段时的轮轨摩擦自激振动动态特性，并对结果进行功率谱(PSD)分析，获得振动的主导频率。研究发现当轮对位于小半径曲线的轨枕支撑形式过渡段时，自激振动主要发生在内轮和相应的内轨上，并且发生在科隆蛋扣件支撑区段的振动比发生在普通短轨枕支撑区段的振动剧烈，且轮对由科隆蛋扣件支撑区段运行至普通短轨枕支撑区段时发生振动的主导频率约为325 Hz和480 Hz。
作者：	杨宏光
专业：	机械工程
导师：	陈光雄
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文