钢轨打磨热力耦合分析

基于热机耦合方法,运用有限元软件ABAQUS,建立钢轨打磨三维热弹性有限元模型,分析钢轨打磨过程中的温度、应力及应变。分析不同车速、不同砂轮转速及不同数量打磨磨头对钢轨表面温度的影响。结果表明;打磨过程是快速升温、缓慢降温的过程,打磨高温区的深度很浅,且高温区的温度场、等效应力场均呈椭圆状;钢轨表面温度随列车速度的增加而减小,随砂轮转速的增加而增加;钢轨表面温度随打磨磨头数量的增加而显著增加,打磨温度在250℃~500℃之间,符合实际情况。     

基于磨粒切削模型的钢轨打磨机理研究

基于砂轮打磨钢轨的原理建立磨粒与钢轨接触的几何模型和受力模型,分析磨粒切削深度与打磨设定功率即钢轨打磨车电机输出功率的理论关系;依据磨粒分布及其突出高度的统计规律和磨粒切削深度与参与切削磨粒数目及电机输出功率的关系,仿真研究被测区域的钢轨打磨效果,并与试验结果进行对比。结果表明:切削深度的增加会引起参与切削磨粒数目的增加,而参与切削磨粒数目的增加亦会增加测试区域中打磨区域的重叠;受钢轨本身廓形曲率变化的影响,在电机输出功率相同而砂轮摆角不同时,钢轨的打磨结果也不相同;砂轮在钢轨轨顶部位的打磨会形成最宽的打磨带以及最大的打磨横断面面积,而轨肩部位的打磨带则较窄且打磨横断面面积较小;仿真与试验结果吻合,说明基于磨粒模型预测打磨砂轮的实际打磨性能是可行的。     

基于赫兹接触的钢轨砂带打磨功率预测模型

根据钢轨砂带打磨作业原理,将钢轨与砂带的接触状态视为2个自由曲面接触;运用赫兹接触理论建立砂带与钢轨的接触模型,计算分析接触区域的形状、面积及其上的压力分布;将砂带上的磨粒简化为球顶圆锥模型,推导出磨粒切入深度与打磨压力间的数学关系,从单颗磨粒受力分析计算整个接触区域的切向力分布,进而建立钢轨砂带打磨功率的预测模型。在综合试验平台上进行36+号陶瓷磨料砂带打磨U71Mn钢轨圆环的试验,试验结果与预测模型的预测结果对比表明,打磨功率的预测值与试验值平均仅相差2.02%,证明了打磨功率预测模型的有效性和适用性。以60kg·m~(-1)钢轨砂带打磨为例,采用预测模型分析打磨功率与砂带速度配比对打磨宽度的影响。结果表明:打磨宽度虽由接触压力直接决定,但仍受打磨功率的约束,在同样打磨功率下,曲率半径为300mm弧段可调整的打磨宽度范围最广,80mm弧段次之,13mm弧段最窄。     

基于有限元的车轮纯滑动时钢轨三维热弹性分析

运用有限元软件ABAQUS,建立车轮纯滑动时钢轨三维热弹性的有限元模型。分析钢轨的温度场及应力场分布,以及不同轴重、不同摩擦系数和不同车轮滑动速度等工况情况对结果的影响。分析表明:钢轨表面温度场呈现细长的条带状,钢轨表面温度变化是一个快速升温,缓慢降温的过程,温度最高区分布在钢轨表面;钢轨应力最大处不在钢轨表面,应力变化图中有两个峰值;钢轨的最大温度和应力都随着轴重、摩擦系数和滑动速度的增加而增加。     

基于Kriging插值的钢轨打磨温度预测

针对钢轨打磨施工过程中产生的大量磨削热会使磨削区域温度持续升高,影响钢轨打磨质量问题,基于钢轨打磨施工基本原理,建立钢轨打磨单磨粒磨削温度模型和多砂轮磨削温度模型,分别计算不同打磨参数下的打磨温度。为实现对不同打磨参数下打磨温度的实时预测,以不同打磨参数及其对应的打磨温度为样本,采用Kriging插值方法,建立钢轨打磨温度关于打磨参数的预测模型。预测误差分析结果表明,该预测方法的最大预测误差为4.5%,可以应用于钢轨打磨列车打磨参数在线优化系统中。     

基于赫兹接触的钢轨砂带打磨温度建模研究

钢轨砂带打磨过程会生成大量磨削热,热量堆积易导致钢轨温度持续升高而影响打磨质量。为揭示打磨温度与工艺参数间关系,针对钢轨砂带打磨弹性-曲面接触特点,从瞬时点热源温度场理论出发,结合弹性赫兹接触理论建立了单接触轮及多接触轮的磨削温度数学模型。通过数值仿真分析了温度曲线沿时间、轨向位置的变化过程。将结果与现有有限元分析结果对比,验证了模型的有效性和适用性。进一步仿真分析结果表明,砂带打磨过程各点温度呈快速升温、缓慢降温趋势;提高列车打磨速度、增加磨头接触轮数量和接触轮间距能有效缓解热量累积;以60 kg/m钢轨为例,R13弧段为易烧伤区域,须依据理论模型制定适当的打磨工艺参数避免钢轨打磨时发生轨面发蓝、灼伤等二次损伤。     

轮轨摩擦温升有限元分析

基于有限元法和移动热源法,建立了轮轨摩擦非稳态传热计算模型,分析了车轮全滑动工况下三维模型和二维模型计算结果的异同,以及轮载、摩擦系数和相对滑动速度对钢轨摩擦温升的影响.结果表明,二维模型能模拟轮轨摩擦过程中钢轨纵截面温度变化规律;三维模型不仅能模拟钢轨纵截面温度变化规律,而且能模拟摩擦热的横向分布规律.车轮滑动过程中,摩擦热在轨面上引起的热影响区宽度在接触斑横向宽度范围内;接触斑中心处热影响层最厚,越靠近横向两侧,热影响层越薄.轮重不仅影响钢轨表面最高摩擦温升,而且影响热影响区域的大小;相对滑动速度越大,热影响层深度和宽度分别变浅和变宽;摩擦系数越大,热影响区越大.     

GMC-96x型钢轨打磨列车打磨功率参数求取方法探讨

通过对钢轨打磨机理及打磨列车运行参数的分析,对影响钢轨打磨的各种要素(包括打磨列车作业运行速度、打磨电机分布、打磨电机磨削功率及施工条件和线路条件等)进行探索,结合磨削原理深入解析钢轨打磨磨削量与打磨参数的关系,在此基础上给出打磨功率参数在打磨作业中的求取步骤。研究成果从2012年6月—2014年10月在武汉大型养路机械运用检修段得到应用验证,打磨效果良好。     

考虑变摩擦系数的轮轨系统滑动接触热弹塑性应力分析

以LM型踏面车轮和60kg·m-1钢轨为例,采用双线性塑性模型和平面应变热力耦合单元实现轮轨的热弹塑性耦合,传热过程中考虑轮轨接触斑处的非稳态热传导以及轮轨与周围环境间的热对流和热辐射,建立轮轨滑动接触二维热弹塑性有限元模型,分析轮轨接触斑间全滑动时不同相对滑动速度下,与温度变化相关的变摩擦系数对轮轨接触表面温度和等效应力的影响,并与取0.334的常摩擦系数时进行对比。结果表明:钢轨在轮轨接触斑附近的摩擦温升主要分布在其接触表面大约1.8mm的深度范围内,而车轮的主要分布在其接触表面大约2.5mm的深度范围内,采用变摩擦系数得到的轮轨摩擦温升要比采用常摩擦系数时低57%左右;轮轨接触斑附近钢轨和车轮的最大等效应力出现在车轮和钢轨的次表面上,采用变摩擦系数时得到的车轮和钢轨等效应力的影响范围比采用常摩擦系数时略小;轮轨间相对滑动速度对车轮接触表面的温度和等效应力影响不明显,但对钢轨接触表面温度和等效应力的影响明显,相对滑动速度越大,钢轨接触表面的温度也越高。     

打磨参数对打磨车作业能力影响的试验与回归分析

为优化打磨参数,提高钢轨打磨车作业效率,以PGM-48及GMC-96X型打磨车为研究对象,运用金属磨削原理、正交试验分析及回归分析等理论,结合现场试验数据,建立钢轨打磨车作业过程中打磨速度、打磨功率与作业能力的回归数学模型。研究表明,打磨车打磨能力与打磨速度呈负相关,与打磨功率呈正相关;在正常条件下,打磨速度相比打磨功率对打磨车作业能力的影响更大;由于结构、能量转化效率等因素,不同型号打磨车在相同打磨参数下打磨能力不同;幂函数回归分析所得数学模型具有高度显著性,对打磨参数、打磨模式的确定具有实际指导意义。     

地铁隧道半断面水平冻结施工的水热力耦合特性研究

地层冻结是一个水、热、力三场耦合问题,基于考虑相变的水热力耦合理论,分析地层温度场、水分场随时间的变化规律,对比冻结前后隧道开挖的位移场分布特点。研究表明:随着冻结时间的增加,冻结管周边土体的温度将逐渐降低并发生冻结,出现冻结区域扩大、交圈、冻结帷幕增厚等变化过程;冻结帷幕内的冻土存在未冻结水,随着冻结时间的增加,大多数位置的未冻结水体积含量出现先增大后减小的变化趋势;建议在冻结帷幕两侧下方追加冻结管以保证实际的冻结帷幕达到设计范围,并对冻结管距开挖轮廓线的距离进行差异化设定。     

大容量风力发电机内流体场及温度场的数值分析

基于流体动力学以及传热学的基本原理,并且根据大型风力发电机的结构特点,建立了发电机定子/转子全域内流体-固体直接耦合求解定子/转子温度场的物理模型;通过给定求解条件,采用有限体积元法对定子/转子全域内的流体场以及温度场进行了数值求解。通过对定子/转子内部流体场以及温度场进行详细地分析,指出了发电机内部流体特性的分布规律以及温度的分布特性,为该类型的发电机的设计以及运行提供理论依据。     

货车车轮残余应力的产生与分布研究

受研究方法和测试手段的限制,货车车轮在生产过程中产生的残余应力状态与分布很难测试,仅能按照有关标准进行残余应力趋势测定。本文采用数值模拟和实测法相结合的手段,研究了车轮在热处理全过程中的温度场、组织场、应力场的变化和分布以及车轮出厂前的残余应力分布状态,分析了车轮残余应力产生的原因,并研究了不同生产工艺参数对残余应力的影响。     

地源热泵技术在某办公楼空调系统中的应用

结合地源热泵技术在黄骅港站综合办公楼工程中的应用,从地源热泵系统夏季、冬季热交换的概念、系统的工作原理、施工工艺流程、现场地质勘探及换热测试、地埋管换热器井施工、水平及外管网水管路连接、机房热泵系统设备安装、机房系统水压试验及保温、室内空调末端系统安装等方面进行详细介绍。地源热泵技术运行费用低,高效、节能,可充分利用地热能源,达到最佳节能效果,综合运行费节省40%以上,具有广泛的推广应用价值。     

城轨空调客车客室内温度场和流场的数值模拟

利用FLUENT软件对北京DKZ1型地铁空调客车客室内的温度场和流场进行数值模拟,并在不同的送风温度和送风速度条件下选取典型面进行对比模拟分析,得出满足人体舒适性要求的送风温度和送风速度,为城轨空调客车空调系统的设计提供参考。     

重载货车踏面制动时车轮温度场与应力场研究

通过对重载货车不同制动工况下的制动过程进行分析研究,建立了重载货车车轮的三维有限元模型,对车轮在不同轴重、不同制动初速度、不同制动减速度时的三维瞬态温度场及应力场进行了仿真分析,并从车轮材料所能承受的屈服极限方面研究了车轮温度场及应力场分布,分析了制动过程中车轮温度场及应力场分布规律,得出了能够满足重载货车行车安全要求的制动初速度、制动减速度条件,为重载货车的运行提供一定的依据。     

地形偏压条件下隧道初始应力场及二次应力场分布特征

为获得地下偏压条件下地层初始应力场和隧道开挖后二次应力场的分布特征,根据通常的工程地质参数取值范围,设置典型值,结合理论推导,分析偏压隧道地层初始应力场与地表倾角和泊松比的关系,研究偏压隧道二次应力场沿隧道径向和切向的分布规律。研究结果表明:相对于水平地表,偏压地形改变了地层应力场的分布状态,初始应力场便存在剪应力,且随偏压角度的增大而增大,而隧道开挖后,当偏压角度大于20°时,二次应力场中便有拉应力区域出现;各特征方向应力随离隧道中心距离的增加而减小,直至2倍洞径处;30°角度偏压时的最大剪应力约为无偏压时的2倍,主要发生在拱顶、仰拱和边墙部位,应为加固处理的重点区域。     

旅客列车空调硬座车厢内热舒适性研究

空调车内气流组织研究是车厢内环境控制的基础，合理的气流组织可有效地改善乘客的热舒适性。采用k-ε湍流模型，对载客车厢内三维空气流场和温度场进行了数值计算，在此基础上利用PMV（Predicted Mean Vote）指标分析了车厢内人体热舒适性。计算结果表明：在现有的条缝送风条件下，除车厢中部和两端外，车厢内气流分布比较均匀；由于回风口位于车厢两端，车厢中部和端部PMV分布不同，端部人体热舒适感较好，中部较差；座位区由于人员集中和受太阳照射的影响，温度较高，PMV值偏大；过道区温度适中，人体热舒适感较好。研究结果对空调车内气流组织优化设计和改善人体热舒适环境有一定参考价值。     

隧道火灾三维数值模拟的瞬态分析

用连续方程、动量方程、能量方程及气体组分方程描述隧道内气流流动状态,采用湍流粘性系数模型中考虑浮力影响的湍流模型方程(K-ε方程),对某实验隧道火灾进行三维数值模拟瞬态分析,研究隧道火灾特性和烟气的速度场及温度场发展规律。研究结果表明,在横截面上先被加热的是拱顶,随着时间推移,高温烟气不断对其进行对流换热,整个横截面温度逐渐升高,且分布发生变化,经过一定时间后,分布形式基本确定,并向稳态逼近。采用3 m.s-1的机械通风,隧道内没有出现烟气逆流区,很好地抑制了气流的回流,满足隧道火灾通风要求,为上游人员及车辆逃离提供了气流通道。     

基于有限元法的动车组制动盘制动能力分析

采用ANSYS10.0有限元软件,建立了制动盘三维对称循环有限元模型,对不同制动初速度、减速度和载重条件下,紧急制动过程中的三维瞬态温度场和热应力场进行仿真和分析,得出了给定条件下制动盘温度、应力情况,并从制动盘所能承受的最高温度和最大应力两方面分析了其制动能力.