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原文传递轮轨接触斑测试及接触应力分析

论文题名：	轮轨接触斑测试及接触应力分析
关键词：	轮轨接触斑;接触应力;轨道交通系统;有限元计算
摘要：	轮轨关系是轨道交通系统中的基础问题之一，其中轮轨接触问题一直以来都是国内外学者非常重视且从未停止研究的重要问题。伴随客运列车速度的提高和重载货车的发展，一直以来困扰着铁路运营的轮轨剥离、磨耗等车轮和轨道表面的损伤疲劳已经越发严重。为了查明其原因并且进一步提出措施改进，必须对轮轨的接触应力等进行仔细研究分析。这对高速列车安全运营、降低运输成本以及发展等具有重要的意义。本论文主要应用有限元计算方法，在结合感压胶片实测接触斑验证计算模型和方法正确性的基础上，对轮轨接触特性的影响因素进行了分析，所做工作如下。　　首先，介绍本论文的研究背景及意义，总结轮轨接触理论与实验研究的现状，明确论文研究目的和研究方法。而后对仿真分析对象轮对的踏面轮廓进行实测得到踏面坐标数据，应用样条曲线拟合方法获得车轮型面轮廓线，再应用三维建模软件和Hypermesh对轮轨接触部分进行网格细划，保证了有限元模型与仿真对象的一致性。　　通过感压胶片现场实测了轮对自重时轮轨接触斑的大小，对比有限元仿真轮对重力作用（无外载）下的接触斑大小，说明了有限元方法和接触参数设置的正确性。在此基础上研究了车辆运行时不断变动的轮轨接触影响参量（如轴重、轮对横移量、摇头角、纵向切向力）和相对稳定的轮轨接触影响参量（如实测的不同运行里程时的车轮型面、车轮直径、轮轨材料特性、轨底坡）对轮轨接触斑、接触应力的影响变化规律。　　研究结果表明:随着轴重的增加、车轮直径的减小、轨底坡度的减小(1∶20～1∶40)都会导致轮轨接触压强以及内部的Mises应力、剪应力增加;轮对横移和摇头角的改变对轮轨几何型面的匹配有较大的影响，当轮对摇头和横移运动较大时容易发生轮缘与钢轨接触，状况最为恶劣;随着磨耗的增加轮轨型面更加匹配，接触应力有所减少，但当车轮磨耗到一定程度后，接触应力便快速上升，这时要及时进行车轮镟修;轮轨纵向切向力使最大轮轨接触应力出现的位置不断向接触表面移动，对轮轨表面损伤有重要影响;轮轨材料屈服强度的提高，会使接触应力升高，但可以改善轮轨塑性变形的现状。　　论文采用有限元算法研究了轮轨接触影响因素，对完善轮轨接触力学研究以及工程实践和设计具有重要参考意义。
作者：	刘伟
专业：	车辆工程
导师：	金新灿
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文