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基于ANSYS的轮轨三维非线性接触的影响因素分析研究
| 论文题名： | 基于ANSYS的轮轨三维非线性接触的影响因素分析研究 |
| 关键词： | 高速列车;轮轨关系;非线性接触;应力分布;有限元分析 |
| 摘要： | 随着高速列车运行速度与载重的不断提高,随之而来的是车辆的运行环境日益恶化,这就要求对机车、轨道等的设计越来越高,然而轮轨作为车辆和地基的联系的重要行走部件,轮轨接触是列车牵引的根本,也是整个运输的基础。轮轨关系的研究涉及许多学科,并以轮轨滚动接触理论研究为基础,轮轨接触行为则为其关键内容。轮轨结构具有复杂的几何形状以及轮轨接触问题是一种高度非线性行为,使得轮轨关系成为车辆和轨道中的最复杂的问题。传统的弹性力学计算方法已经不能够得到较高精度的解,Hertz接触理论由于自身的基本假设,无法对复杂的轮轨非线性接触问题进一步研究。随着计算技术及有限元分析的发展,轮轨三维非线性接触的实现成为了可能,完全按照轮轨实际几何关系建立了真正的三维模型,通过接触单元克服了轮轨接触的高度非线性问题,有限元软件ANSYS为三维轮轨非线性接触的影响因素分析构建了平台。 本文首先对Hertz的接触理论以及有限元如何处理非线性接触问题的方法进行了介绍。在此基础上,开展轮轨三维非线性静态接触和动态接触的影响因素的研究。并利用ANSYS有限元分析软件,建立了轮轨三维非线性接触的有限元模型,模型中的车轮采用锥形TB踏面,采用60Kg/m钢轨,钢轨的轨底坡为1:20。 针对传统设计方法(包括Hertz接触理论和弹性分析方法)无法高精确计算轮轨接触斑的大小形状和应力分布等问题,提出运用ANSYS建立三维轮轨非线性接触的方法进行影响因素的分析计算。静态接触分析结果表明轮轨非线性接触问题不可避免的需要考虑材料的塑形变形才能更加接近真实情况;通过变换轮重以及地基刚度进行分析,结果表明接触斑形状和大小是随轮重变化的,降低地基刚度能够缓减轮轨的接触应力。动态接触分析中建成轮轨系统的整体大型有限元模型,结果表明车体的位移主要是车轴弹簧的变形,其起到减震的作用;降低地基刚度能够改善轮轨的振动,但会加大车体的振动,降低乘坐的舒适性;分析了轮轨接触应力受速度以及地基刚度的影响。针对轨道温度影响的需要,改进有限元模型,对高温高寒地区不同曲率半径的轨道进行数值模拟计算,分析了温度和轨道曲率对轮轨接触的影响。 |
| 作者： | 许贵满 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 吴亚平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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