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基于瞬态机制下高速列车轮轨滚动接触疲劳研究分析
| 论文题名： | 基于瞬态机制下高速列车轮轨滚动接触疲劳研究分析 |
| 关键词： | 高速列车;滚动接触;瞬态机制;轮轨关系;疲劳特性 |
| 摘要： | 随着列车运营速度从120km/h到200km/h甚至更高，轮轨滚动接触几何和动力学参数发生了较大的变化，尤其是对高速列车的滚动接触疲劳损伤有重大影响。列车的运行速度提高了，则轮轨间相互作用的周期冲击载荷也相应的加剧，从而使得轮轨间滚动接触疲劳损伤产生。 采用有限元理论求解轮轨滚动接触的法向和切向问题突破了传统限制，这为计算轮轨间的相互作用力从而准确计算出轮轨间的疲劳损伤提供了必要条件。目前大多数学者建立的轮轨滚动接触有限元模型是三维静态或稳态弹塑性轮轨滚动接触模型，难以真实有效模拟轮轨实际的工作状态，为了解决这一问题，本文建立轮轨瞬态滚动接触有限元模型，采用瞬态模型求解更能反应轮轨在实际运行过程中接触形态变化和较为准确计算轮轨接触特性。 以动力学参数为初始条件的高速瞬态滚动接触有限元模型可以较好计算轮轨滚动接触疲劳问题，本文第四章中阐述首先以CRH2型高速列车为研究对象，运用多体动力学软件UM参数化建立头车模型，使列车在直线轨道上以速度在300km/h下高速行驶，得到轮对蛇形运动状态下不同运行时刻的横向位移和冲角等接触几何参数；然后以得到的动力学接触几何参数为初始条件，运用非线性有限元软件ABAQUS建立三维高速瞬态弹塑性轮轨滚动接触有限元模型；最后以仿真计算得到轮轨接触斑内的最大Mises应力、纵向和横向蠕滑合力等接触斑参数作为安定图、损伤函数疲劳模型的输入参数。 为了研究高速列车谐波磨耗车轮滚动接触疲劳特性，本文第五章中，建立了谐波磨耗车轮高速轮轨滚动接触数值分析模型。首先以CRH2型高速列车为研究对象，运用多体动力学软件 UM参数化建立高速列车动力学数值模型，使列车在直线轨道上以速度300km/h高速行驶；然后对实测统计数据中最常见的一阶，六阶和十一阶谐波磨耗以及波深0.1mm,0.3mm的六种不同形式下车轮的蠕滑率/力进行分析；最后以不同阶数、波深车轮的蠕滑特性参数为疲劳模型的输入参数，进一步研究谐波磨耗车轮的疲劳特性。分析表明：无谐波磨耗车轮处于弹性安定状态，1阶波深0.1mm和0.3mm车轮和6、11阶波深0.1mm车轮都处于处于棘轮效应状态，6、11阶波深0.3mm处于塑形安定状态；低阶小波深车轮以疲劳为主，高阶大波深车轮以磨耗为主；相对于阶数的增加，波深的增加会促进车轮蠕滑力/率的进一步快速增大，从而车轮的切向力迅速增大，所以滚动接触疲劳、磨耗对波深的变化更为敏感。 |
| 作者： | 方骏 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 肖乾 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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