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原文传递轮轨滑动及冲击接触特性分析

论文题名：	轮轨滑动及冲击接触特性分析
关键词：	轮轨滑动;冲击接触;热力耦合;基础刚度;有限元模型
摘要：	经济的快速发展推动着铁路的快速发展，铁路的快速发展又推动着经济的快速前进，尤其在我国，这种相辅相成已然形成。列车需要克服摩擦又要依靠摩擦来提供动力，从世界上第一条铁路建成以来，这个矛盾一直吸引着各国科研工作者去潜心研究、取舍。轮轨接触复杂，虽已被大量研究者研究详细，因高温、高速化辅助监控设备的缺失，轮轨摩擦学受这些方面的制约慢慢发展到瓶颈，还有部分影响轮轨接触的边界条件考虑不细致。　　文中首先介绍了轮轨接触研究现状和发展历程（从动力学到摩擦学），轮轨接触研究中ANSYS有限元软件的引入，以及轮轨接触相关理论。建立了轮轨接触有限元模型，详细介绍了应用软件建模的过程，以及轮轨摩擦的三维非线性热传导方程，体现了应用数值模拟软件来研究轮轨接触问题可以大量节省人力、财力，甚至达到试验无法观测的效果。　　通过大量的文献查找发现大量的科研工作者在研究轮轨摩擦中忽略了对流换热系数和轨底基础刚度对轮轨接触特性的影响，铁路线路跨区域大，形成区间环境复杂，轮轨间的对流换热和轨底基础刚度均因区域变化而不同，作者通过建立轮轨接触有限元模型，模拟分析了上述两种边界条件变化对轮轨接触特性的影响；结果发现，1m/s、2m/s速度下的轮轨接触区最高温度时程曲线在不同对流换热下的发展趋势基本相同，2m/s无对流换热工况对接触区温度、接触压力、应力、接触面积影响很大，照比有对流换热的接触区温度高很多，1m/s情况下有无对流换热系数对轮轨的接触特性影响不大，变相说明不同速度下轮轨滑动生热功率不同，受到对流换热系数的影响也不一样，建议目前将车轮滑动速度设为1m/s、2m/s、5m/s的轮轨摩擦研究中，甚至是滚动研究中，不要忽略对流换热系数对轮轨接触特性的影响，具体问题具体分析，最好采用实验实测对流换热系数来研究；在不同基础刚度下，500MPa基础刚度的轮轨接触区最高温稍大于其他两种工况，从总体时程曲线来看，基础刚度对接触区温度的影响不大。随着基础刚度的增加，轮轨接触区的接触面积逐渐减小，从滑动伊始到温度时程曲线最大温度，轮轨的接触面积增大到2.2倍左右。静力分析过程中，轮轨接触区的等效压力和等效应变均随着基础刚度的增加而减小，在最大温升时刻，三种基础刚度的最大等效应力数值相等且温度基本一致。　　轨道迎顺缝的存在对铁路行车安全和旅客舒适度以及线路维修养护均有很大的危害，通过对0.1mm、0.3mm、0.5mm三种迎顺缝高度的轮轨接触模拟分析，得出了迎顺缝两种轨道不平顺下的应力应变分布特性，随着迎缝高度的增加，碰撞接触区的最大温度越高，在滑动最终时刻，接触区温度已经达到1000℃之多，无论迎顺缝，不同高度间的轮轨接触区温度、应力、应变差别不大，原因可能是车轮滑动速度太小，对轮轨冲击效果不显著所致。
作者：	刘振
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：	2016
正文语种：	中文