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高速轮轨黏着三维数值模型仿真及实验研究
| 论文题名： | 高速轮轨黏着三维数值模型仿真及实验研究 |
| 关键词： | 轮轨黏着;表面粗糙度;弹塑性接触;数值模型;高速铁路 |
| 摘要： | 随着我国经济的发展，高速铁路也顺应形势得到了很大发展。在车辆速度不断提高的同时，安全问题也是一个需要关心的问题。轮轨黏着问题随着车速的提高显得越加突出。为了保证列车运行安全有必要从理论和试验角度开展高速轮轨黏着机理的研究工作。本文通过建立三维高速轮轨黏着数值模型及开展高速轮轨黏着试验揭示轮轨表面存在水油污染时的黏着机理，主要得到以下三点结论。 1.建立了考虑热效应的三维高速轮轨黏着数值模型进行了求解。固体压力采用考虑了材料弹塑性变形特性的Zhao-Maietta-Chang(ZMC)模型，并与弹性模型Greenwood-Tripp(G-T)模型进行对比。同时获得了轮轨界面的压力分布并调查了速度、轴重、粗糙度等因素对黏着系数的影响。结果发现随着速度的增加黏着系数随之减小，膜厚随之增大。轴重对轮轨黏着影响不大。粗糙度对黏着系数有着显著影响。 2.根据现场对动车车轮粗糙度测试结果，经傅里叶拟合分析得到粗糙峰半径范围在50μm以内。利用ANSYS建立单个粗糙峰与刚性平面接触的模型，找出模型弹塑性变形的各分界点，拟合单个粗糙峰与刚性平面接触的经验公式，并与Kogut-Etsion(KE)、Jackson-Green(JG)模型进行对比。然后将单个粗糙峰接触拓展到多个微凸体与刚性平面接触，推导出相应的经验公式，并与KE、ZMC模型进行对比。重点比较了平均间隙、真实接触面积和接触压力分布。结果表明拟合的经验公式平均间隙、真实面积、接触压力分布与KE、ZMC模型都很接近，且所得接触压力分布的最大接触压力比其他两个模型小，面积分布比其他两个模型大，此规律与真实接触面积与载荷关系图是一致的。数值结果还表明拟合的经验公式与粗糙峰半径以及屈服强度无关，因此该经验公式能很好地模拟轮轨固体弹塑性接触压力的计算。 3.利用西南交通大学牵引动力国家重点实验室的高速疲劳机进行干态、水介质、油污染以及水油混合物存在时的高速轮轨黏着试验。试验最高速度达到200 km/h。通过控制水泵流速大小模拟实际的大雨和小雨情况。重点调查了高速情况下不同污染物存在时的黏着系数变化情况，并考虑了轴重的影响。 |
| 作者： | 吴涛 |
| 专业： | 载运工具运用工程 |
| 导师： | 金学松 |
| 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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