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基于ANSYS的轮轨摩擦生热分析
| 论文题名： | 基于ANSYS的轮轨摩擦生热分析 |
| 关键词： | 轮轨摩擦;热应力;有限元分析 |
| 摘要： | 随着铁路的高速化、重载化,车轮踏面和钢轨表面的擦伤和剥离破坏越来越严重。车轮运行中的摩擦生热是引发磨损破坏的主要因素,所以分析轮轨接触的温度场和应力场具有重要意义。主要应用大型有限元软件ANSYS分别建立车轮在钢轨上滑动和滚动过程的有限元模型,在轮轨接触区利用接触单元法来建立接触。模型中考虑了车轮和钢轨接触间的热传导,以及自由表面与环境的热对流,假设摩擦功全部转化为摩擦热,摩擦热流平均分配给车轮和钢轨。通过直接耦合法求解轮轨间的摩擦生热,详细的分析了接触区内的瞬时温度场、应力场、剪应力和接触区的接触压力分布特征,以及最高温升和应力的变化趋势。 在纯滑动工况中,轮轨接触表面很容易产生瞬时的高温:1)材料的非线性影响不可忽略；2)轮轨的热效应影响层很薄,最高温升和应力产生在表面中线靠后处；3)轮轨表面最高应力和温度均随着轴重、速度及摩擦因数的增大而增大。 在滚滑工况中,由于温升较小,计算中未考虑材料的非线性影响。结果表明:1)高速列车车轮在低蠕滑率下运行时,温升不高,但也产生了可观的热应力,由于接触时间很短,使得最高温升产生于远离接触区的部位；2)车轮滚动过程中承受冷热交替的载荷,很容易产生破坏；3)最大剪应力产生于接触表面很薄层,在此薄层容易产生剪切破坏；4)随着轴重、摩擦因数和蠕滑率的增大轮轨的摩擦热效应越明显。 本文计算分析将为探讨轮轨擦伤和剥离提供理论参考,对于揭示热损伤机理有很大的指导意义。 |
| 作者： | 王伟 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 刘启跃 |
| 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 |
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