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基于有限元法的地铁线路钢轨焊接接头区轮轨动力作用研究
| 论文题名： | 基于有限元法的地铁线路钢轨焊接接头区轮轨动力作用研究 |
| 关键词： | 铁路钢轨;钢轨焊接;接头平顺性;轮轨关系 |
| 摘要： | 如今的高速铁路和地铁，鱼尾板钢轨接头逐渐被时代所淘汰，无缝线路已经成为了线路铺设的首选方法。无缝钢轨不仅可以大大的降低轮轨振动冲击载荷，还可以延长钢轨线路的使用寿命，其中钢轨焊接接头无疑是无缝线路关键技术中最为重要的一项。随着铁路运行速度的提高和货运客运运量的增大，钢轨焊接接头的损伤情况变得越来越严重，这不仅会增高铁路的运营维护成本，还会直接降低铁路运输的安全性。因此，开展与钢轨焊接接头有关的研究工作具有很强的现实意义和工程应用背景。通过建立的三维有限元模型模拟钢轨焊接接头，本文详细分析了钢轨焊接接头区域的轮轨动力响应。 本研究主要内容包括：⑴回顾了钢轨焊接接头相关的研究现状与进展，指出了利用瞬态滚动模型研究焊接接头的必要性。⑵对地铁焊接接头现场调查结果进行了统计和总结，发现叠合形焊接接头在现场中出现的最频繁。⑶参考地铁线路实际参数，采用ANSYS/LS-DYNA建立了三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型。并对轮对滚过光滑钢轨时的瞬态接触解进行了简单的分析。⑷解释了对钢轨焊接接头的模拟，同时考虑了材料的不均匀性。利用建立的有限元模型，对比分析了长波和短波焊接接头不平顺激扰下的轮轨动力响应差异，同时对现场实测焊接接头不平顺其激扰下的轮轨动力响应进行了分析。结果发现在钢轨焊接接头不平顺的激扰下，轮轨接触力、钢轨支点反力和轮轨接触应力在焊接区域的波动明显，叠加不平顺激扰下的动力响应特性拥有短波冲击的特性。且实测马鞍形钢轨焊接接头不平顺对于轮轨动力响应影响严重。⑸对诸如行车速度、焊接接头几何不平顺类型、焊接接头不平顺波深、焊接接头位置、扣件刚度和牵引系数等相关参数对轮轨系统动力响应的影响进行了讨论研究。结果发现地铁行车速度的提高会引起接头不平顺区域轮轨动力响应的剧烈波动。上凸与下凹单谐波不平顺激扰下的轮轨垂向力波动关于静轮载对称。焊接接头不平顺波深的增大会造成轮轨动力响应的恶化。当钢轨焊接接头不平顺中心位于轨枕中间时，会明显的降低轮轨接触力和钢轨支点反力。当减小钢轨焊接接头不平顺中心处的扣件系统刚度时，可以显著的改善轮轨系统动力响应。⑹结合轮轨力和最大轮重减载率安全限值标准，提出了钢轨焊接接头的安全限值。 |
| 作者： | 吴海涛 |
| 专业： | 载运工具运用工程 |
| 导师： | 池茂儒 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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