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高速旋转轮轴应力分布及可靠性研究
| 论文题名： | 高速旋转轮轴应力分布及可靠性研究 |
| 关键词： | 高速铁路;轮对旋转;轮轨接触;轮轴应力分布;可靠性;有限元分析 |
| 摘要： | 高速铁路具有巨大的社会效益，是现代铁路发展的主要方向。中国高速铁路正在快速发展，轮对作为高速列车的最重要走行部件，研究其高速旋转走行下的轮轨接触、弹性变形和应力分布等具有重要意义。 轮对的实际运动是转动前进，现有轮轨接触动力学研究工作一般将轮对的运动考虑为平动。列车速度较低时轮对转动对轮轨系统的影响可以忽略，但随着列车运行速度和轮对转速不断提高，车轮和转轴的变形对车辆运行稳定性和安全性影响越来越明显。为此，本文研究轮对高速旋转走行时轮对各部分应力和形变规律，为高速轮对设计和参数优化等提供理论依据。 采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA，在建立LMA型标准车轮、标准UIC60kg/m钢轨三维有限元模型基础上，论文对轮对旋转运动下轮轨接触进行了数值计算，得到轮轨接触应力、转轴挠度和轮对形变量随转速的变化等规律，并在利用动力学分析软件SIMPACK建立弹性轮对模型基础上对轮对弹性变形等进行数值计算，验证了ANSYS/LS-DYNA部分计算结果的正确性。 研究结果表明:(1)随着轮对运行速度提高，轮轨之间冲击作用越来越强烈，钢轨发生横向、垂向和翻转振动，且转速越高轮轨系统振动越明显;(2)随着轮对转速提高，接触斑面积和接触应力不断变大，接触斑上黏着区和滑动区边界明显，踏面接触斑位置向轮缘方向移动;(3)高速旋转工况下，最大应力发生位置在转轴纵向前、后面上，弹性轴中心表面应力和挠度随转速线性增加，转轴弯曲变形近似呈现抛物线形，且轮对横向几何尺寸缓慢增加;(4)与无不平衡量相比，存在动不平衡量时转轴上应力和弯曲变形均不再对称分布且轮重减载率会明显增加;(5)左右车轮动不平衡量相位对轮轴挠度有明显影响，500km/h速度且存在异侧不平衡量下转轴的挠度比同侧不平衡和无不平衡量对应的挠度大40％左右，因此轮对制造时应该尽可能减小动不平衡量并使得左右车轮动不平衡量相位最小。 论文采用有限元法，研究了高速轮对旋转轮轨相互作用，对完善轮轨动力学研究具有显著的提升作用。 |
| 作者： | 翟贝贝 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 任尊松 |
| 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 |
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