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原文传递高速轮轨黏着特性数值分析

论文题名：	高速轮轨黏着特性数值分析
关键词：	轮轨关系;弹性流体动力润滑;多重网格;Newton-Raphson;高速铁路
摘要：	“十一五”期间我国高速铁路的发展取得了辉煌的成就。随着列车运行速度的不断提高,轮轨间的低黏着问题越发明显。由低黏着引起的轮轨表面擦伤、剥离、扁疤等损伤时有发生。轮轨黏着是关系高速铁路行车安全和正常运营的关键问题。因此,开展高速轮轨黏着特性的研究具有重要的工程应用价值和理论指导意义。　　本文首先基于全膜弹性流体动力润滑理论,考虑轮轨实际接触载荷和尺寸,研究轮轨表面光滑时,计算分析了轮轨间存在“第三介质”油和水时的轮轨接触状态,获得了全膜润滑下的轮轨接触压力和膜厚分布,得到了实际膜厚大小的数量级。然后,基于部分膜弹性流体动力润滑理论和Patir-Cheng的平均流量模型,建立了高速轮轨黏着特性数值分析模型,计算分析了在考虑轮轨表面粗糙度情况下的高速轮轨黏着特性。由于数值稳定性问题,对于油润滑情况下的计算采用Newton-Raphson方法,对于粘度较低的水时采用稳定性比较好的多重网格法。利用数值模型,研究了列车运行速度、轮轨表面粗糙度、轴重和轮径等对轮轨黏着特性的影响规律。对比了水润滑和油润滑下黏着系数随速度的变化情况,从膜厚比的角度解释了水润滑下的黏着系数比油润滑下的黏着系数低的原因。由于轮轨黏着理论和数值分析的困难性,以上数值模型假设为二维线接触模型。　　通过数值计算,可以得出以下结论: 　　 (1)由全膜润滑弹流计算获得的实际膜厚的量级可以看出膜厚和粗糙度基本处于同一等级,所以轮轨间的接触处于部分膜润滑的过程。轮轨黏着问题研究应考虑部分膜的情况。　　 (2)通过部分膜弹流润滑计算获得了水和油润滑下的压力和膜厚分布。发现油和水润滑时的压力分布与Hertz接触压力不一样,油润滑时存在二次峰,水润滑没有二次峰,固体接触压力和膜厚基本成倒影关系。　　 (3)油和水润滑情况下,速度对黏着系数的影响都是一样。随着速度的增大,黏着系数均会降低。相同条件下,水润滑下的黏着系数要比油润滑下的大得多,这和试验结果相似。这是由于水膜厚度比油膜厚度小得多,产生的粗糙峰压力要比油大得多。　　 (4)油和水润滑情况下,随着粗糙峰高度的增大,黏着系数均增大。轮轨表面纹理方向对黏着系数影响较大,横向纹理的中心膜厚要比纵向纹理的大,而横向纹理的黏着系数要比纵向纹理的小。　　 (5)油和水润滑情况下,随着轴重的增大,黏着系数逐渐降低；随着轮径的增大,黏着系数逐渐增大。
作者：	吴兵
专业：	载运工具运用工程
导师：	温泽峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文