原文传递
列车正常运行条件下钢轨温度场分析
| 论文题名： | 列车正常运行条件下钢轨温度场分析 |
| 关键词： | 钢轨;温度场;有限元;热流密度 |
| 摘要： | 随着铁路列车高速化、重载化的发展，列车在加速、制动时车轮滑动以及正常运行中车轮蠕滑都会使轮轨接触区瞬间产生较大的摩擦热，造成钢轨表面局部出现热应力和热损伤，引起钢轨表面产生裂纹甚至剥离现象。严重影响了列车运行的安全性、舒适性，降低了钢轨使用寿命。因此，对钢轨表面温度场的研究具有较大的工程价值。 本文通过Hertz理论计算了不同轴重、不同牵引力和不同运行速度下的接触斑大小，通过Carter二维滚动接触理论计算了列车运行过程中的蠕滑率和蠕滑系数，进而求得不同运行工况下钢轨接触区域的热流密度。以相似理论为依据，通过实验研究列车正常运行条件下钢轨表面瞬时对流换热系数随时间的变化。通过ABAQUS建立简化后钢轨部分模型，将简化模型导入Hypermesh对钢轨网格划分，在ABAQUS设置该分析模型为传热分析，选用牛顿法迭代求解。设置钢轨边界及初始条件，将钢轨接触部分的移动热源通过Deflux子程序加载。通过理论计算、实验模拟以及仿真计算，可以得到以下结论： （1）接触斑的大小只与轮载有关，且与轮载成正比，轮载越大，接触斑的面积越大。热流密度和温度与牵引力、运行速度成正比，与轮载成反比； （2）钢轨表面瞬时对流换热系数随着时间呈波峰状起伏变化，当车轮通过待测点时，对流换热效果明显；车轮不在试验段时，对流换热系数较低。对流换热系数在该时间区间最大为72.8W/(m2·℃)，最小值为38.9W/(m2·℃)。 （3）温度在列车滚动运行状态下，接触斑域内的温度并不高，因此不用考虑温度对钢轨材料属性的影响。温度在接触斑中心区温度最高，向两边呈碗状递减；温度在钢轨深度方向的较明显的影响仅存在于钢轨浅层处，深度大约为0.6mm。 （4）钢轨温度在移动热源运动到钢轨0.82m前，温度缓慢增加，在0.82m之后，温度会迅速增大到一定值，且在不同时刻，钢轨温度在热源加载初始时刻会迅速从初始温度增大一定值，随后缓慢增长，当在对应时间的钢轨位置处，会出现闪温现象，温度达到最大值。 |
| 作者： | 王亚星 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王良璧;余瑞江 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
