原文传递
高速重载列车踏面制动过程仿真及踏面疲劳寿命预测
| 论文题名： | 高速重载列车踏面制动过程仿真及踏面疲劳寿命预测 |
| 关键词： | 货运列车;车轮踏面;制动过程;温度场;热应力;疲劳损伤 |
| 摘要： | 采用闸瓦制动的列车在紧急制动时，一方面，闸瓦与踏面剧烈摩擦，踏面磨耗较为严重，造成的踏面失圆会导致车体振动加剧，加速零部件的疲劳破坏；另一方面，制动时车体的动能在短时间内转变成热能，车轮踏面温度快速升高，但钢轨对踏面的冷却作用又使得踏面温度快速下降，温度的剧烈变化往往引起较大的热应力。在冷热交替中，车轮踏面表层的金属会发生相变，最终形成一层薄马氏体白层。含马氏体白层的车轮在服役时，因较高的轮轨接触应力和热应力的循环作用，马氏体白层疲劳损伤较为严重，这也是踏面剥离损伤的原因。 本文以货运列车车轮踏面为研究对象，利用Abaqus有限元仿真软件，模拟了制动过程踏面的温度场和热应力场的分布，结果显示，制动过程中，温度和热应力先迅速增大至峰值后快速下降，沿轴向轮轨接触斑处的温度和热应力最大；采用控制变量法，对比得出轴重、初速度和减速度对温度场和热应力场的影响，发现增大轴重、提高初速度和减速度后温度和热应力有所增大。 其次，基于修正Archard磨耗深度计算数学模型，结合Python语言的后处理二次开发，得到制动过程踏面的不同接触区的磨耗深度及分布情况，对比不同轴重、不同初速度和不同减速度时踏面的磨耗深度，分析出三种因素各自对磨耗深度的影响。 使用JMatPro软件模拟CL60车轮钢的CCT曲线，确定其奥氏体和马氏体的临界转变温度，结合制动仿真得到的温度场，使用Python语言编写的二次开发程序，得到一次紧急制动工况后踏面马氏体白层径向深度为0.4mm，轴向分布在0.025m~0.046m范围内的结果。 建立含马氏体白层的三维车轮有限元模型，使用实验测定的CL60钢淬火后的力学性能参数，完成对含马氏体白层车轮制动过程的有限元模拟。利用多轴应变的局部应力应变法，计算出经历一次制动后踏面的疲劳损伤，轮轨接触斑的疲劳损伤最大。对比不同轴重、初速度和减速度的最大疲劳损伤，增大轴重、初速度和减速度会加剧踏面疲劳损伤。 |
| 作者： | 王钰博 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 姜文光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
