基于热—机耦合的大轴重车轮踏面制动热负荷仿真分析

重载列车车轮踏面制动是一个复杂的动态接触热—机耦合问题。文章利用有限元分析软件ABAQUS建立了重载车轮踏面制动的瞬态热—机耦合有限元模型,对单闸瓦踏面制动过程进行了紧急制动工况的数值仿真,并利用重载货车车轮制动热负荷试验结果对模型进行验证。利用该模型分析了不同工况下重载车轮紧急制动过程中的热负荷及热应力情况,为研究大轴重车轮踏面制动热负荷极限和热损伤问题提供了理论技术支持。     

提速货车车轮热负荷试验研究

货车提速后，车轮承受的热负荷相应增大。在实物轮轴试验台上对提速下的车轮进行了大量的紧急制动试验，得出了制动工况对车轮的热影响情况，并提出了延长制动距离的建议。     

列车车轮踏面制动温度循环试验与温度场仿真分析

在分析货物列车踏面制动方式下车轮踏面热振裂纹和车轮热疲劳裂纹产生机理的基础上,以国内碾钢车轮材料为对象进行踏面制动温度场试验,重点研究制动过程中摩擦热源向转动车轮踏面表面传热的关系,模拟车轮旋转周期内闸瓦摩擦生热和对流换热交替变化的规律,建立车轮制动过程瞬态温度场三维有限元模型,改进以整体输入热流和对流换热的简化模式为基础的传统理论的热应力计算方法。通过在摩擦制动动力试验台进行的制动试验,证明计算模型从宏观和细节方面比较完整地反映了车轮踏面制动热温度场的实际工况。为确定车轮踏面制动极限和作用方式、列车制动距离等技术规范提供计算依据。     

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。     

热负荷对机车车轮疲劳强度影响研究

为了研究制动温升引起的热负荷对机车车轮疲劳强度的影响,现采用有限元法对紧急制动过程中车轮温度场和应力场的变化进行了仿真,并基于单轴疲劳理论对车轮的疲劳强度进行了分析.结果表明:热负荷引起踏面周向高达750MPa的动应力循环是诱发轮箍热疲劳的主要因素;轮芯某些区域的von Mises等效应力会升高50％,并且紧急制动可以致使轮芯的循环动应力幅值产生15％波动,从而增加了车轮发生疲劳破坏的几率.     

不同辐板车轮在制动热负荷作用下的应力变形状态

分析了与各种制动工况有关的热负荷作用下辐板形状不同的整体辗钢车轮的应力变形状态,给出了分析和计算结果。     

货车车轮热负荷的研究

从我国货车车辆的制动装置条件和运用工况出发，根据货车提速紧急制动长大下坡道制动时制动功率的计算，表明对我国货车车轮热负荷的技术条件要求应高于相应的ＡＡＲ标准要求。提出有关货车车轮热负荷能力 和疲劳寿命的意见。     

40t轴重货车制动热负荷分析

增加轴重是重载运输提高运能的重要途径之一,然而轴重的增加对制动系统提出了更加严格的要求。采用数值方法,对40t轴重货车紧急制动和长大下坡道制动的车轮热负荷情况进行了模拟,对其温度场和热应力场进行了分析,基于制动热负荷对轴重40t货车车轮的强度进行了预测。结果表明紧急制动和长大下坡道制动最高温度均出现在车轮踏面处,其幅值分别为233℃和231℃;最大热应力分别出现在踏面和辐板外侧靠近轮毂处,其幅值分别为348MPa和252MPa。不同温度下的von Mises应力计算结果表明最大应力值均未超出材料的屈服极限。     

粉末冶金闸瓦踏面制动仿真计算方法的对比分析

借助Marc有限元软件,采用热-机耦合方法和非热-机耦合方法2种仿真计算方法分析粉末冶金闸瓦踏而制动过程,从仿真计算原理、模型建立、边界条件的设置以及仿真计算结果4个方面对比分析2种仿真计算方法的特点.分析表明,采用热-机耦合方法可以得出制动距离、制动时间、车轮踏面温度变化轨迹等制动关键参数的仿真计算结果,能够比较全面地反映实际制动工况,其计算结果也与制动试验结果比较接近,但不能对车轮热应力场进行计算;采用非热-机耦合方法,仅能对车轮踏而温度场及其热应力场进行仿真,不能完整地再现整个制动过程.仿真计算方法的选择需要根据实际研究要求确定.     

城市轨道交通车辆车轮热强度预测

基于传热学和有限元理论,通过有限元软件对列车车轮的温度场进行模拟仿真,并通过对城市轨道交通车辆实际制动过程分析研究,建立了列车车轮的三维有限元模型,对车轮在不同制动初速度、减速度条件下的三维瞬态温度场进行仿真分析。从车轮材料所能承受的耐热极限方面研究了车轮温度场分布,即:车轮在初速度50～60km/h不同制动减速度条件下,连续往返运行一个来回,车轮的温度场满足材料的性能要求;在初速度80km/h不同减速度下连续制动后,车轮的最高温度会超过材料的耐热极限。从而得出能够满足列车行驶安全的制动初速度、减速度条件。     

高速轮轨列车制动盘热应力有限元研究

盘式摩擦制动器在高速轮轨列车上有着广泛的应用。但该制动器在制动过程中因制动盘温度的急剧上升,将使制动性能降低,甚至有可能导致制动盘失效,因此制动盘温度和应力分布对制动盘的寿命及制动性能有着重大影响。本文采用有限元方法对高速轮轨列车制动盘的瞬态温度场和热应力进行了分析研究。根据制动盘制动原理和传热原理,确定了温度场和热应力有限元分析中的载荷、边界条件、加载过程和模拟工况,通过对蠕铁、25Cr2Mo1V和35CrMo 3种制动盘材料在相同结构、相同制动过程条件下的热应力分析,对不同材料制动盘热应力的影响进行了考查和热特性的分析对比,为制动盘的设计和优化提供了依据。     

高速机车轴盘制动装置温度场分析

通过计算接触面热阻、间隙导热系数和表面换热系数,在ANSYS里建立三维模型,比较真实地模拟了机车轴盘制动装置制动过程的热量传递.分析了其温度场和热应力分布,并讨论了相关参数对盘毂与外空心轴过盈面温度和温度梯度的影响,结果表明:紧急制动时,制动盘最高温度在制动53 s时刻,而最大热应力出现在17 s时刻,最大热应力值为432 MPa,小于制动盘许用应力;可以采取增大制动盘和盘毂间隙来增大热阻,减小温度梯度对过盈配合的影响.     

中低速磁浮列车制动闸片热容量仿真分析

为研究中低速磁浮列车制动闸片在极端工况下的温升表现,文章对列车制动过程中与制动闸片热容量相关的物理参数进行了系统的阐述,并基于有限元数值模拟的方法进行瞬态温度场仿真分析,得到了全线路常用制动和紧急制动工况下的制动闸片温升性能。     

多线预应力混凝土斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形

为探讨大跨度斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形规律,以一座多线预应力混凝土斜拉桥为例,采用有限元法建立了"塔-索-梁-轨"空间耦合有限元模型,分析了温度荷载、列车荷载以及制动荷载对桥上无缝线路纵向受力与变形的影响。结果表明:当桥塔温度变化时,钢轨伸缩力、钢轨纵向位移和桥梁的纵向位移均无明显变化,钢轨伸缩力最大幅值出现在连续梁两部,并在简支梁梁缝处出现峰值;在列车荷载作用下,各条线路的钢轨挠曲力和钢轨纵向位移随着距加载线路距离的增大而逐渐减小,钢轨挠曲力最大幅值出现在连续梁端部;在制动荷载作用下,钢轨制动力最大幅值出现在连续梁端部,并在加载的起点与终点出现峰值突变,加载的起点或终点与连续梁端部重合时为最不利位置。研究结果可为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论参考。     

中低速磁悬浮列车制动热容量试验研究

针对中低速磁浮列车制动热容量研究,通过线路试验,采集列车实施紧急制动、快速制动和常用制动过程中制动闸片的温度数据,并对试验结果进行分析,为制动闸片有限元分析提供依据。试验中制动闸片的最高温度为392.6℃,小于最高允许温度600℃,证明制动闸片符合设计要求。     

基于AMESim的动车组制动防滑系统自定义建模与仿真

介绍了制动防滑系统的原理并建立数学模型,基于AMESim软件的二次开发平台AMESet建立了轮轨模块、制动阀信号控制模块。在AMESim软件中使用这些模块建立了制动防滑系统的仿真模型并进行了仿真,仿真结果与实际情况吻合。     

考虑空间整体效应的温度自应力计算

针对在计算混凝土桥梁结构的温度自应力时,按现行的计算方法得到的结果与实测的数据有较大差别的问题,根据温度作用下的应力-应变关系及结构内力特点,并运用三维平面假设,改变温度荷载的加载方式和多余约束力的状态,推导出考虑空间整体效应的温度自应力计算方法。对箱梁的实例分析表明：在计算桥梁结构的温度自约束应力时,应考虑纵横向温度应力-应变之间的互相影响,采用与实际情况相符合的温度荷载加载方式,这样使计算结果更接近实际值。     

(48+80+48)m连续梁桥与轨道系统地震响应规律研究

为研究高速铁路连续梁桥-轨道系统地震响应规律,采用非线性弹簧模拟线路纵向阻力,建立考虑轨道及下部结构的(48+80+48)m连续梁桥-轨道系统仿真模型,分析温度、活载和制动作用下桥上无缝线路梁轨相互作用纵向力分布规律,在此基础上,研究地震作用下连续梁桥-轨道系统动力响应特性。研究表明:温度、活载及列车制动作用下梁轨相对位移、钢轨应力等均在桥台附近取得极大值,地震频谱特性对梁轨系统动力响应有很大的影响。     

桥上无缝线路温度跨度的极值影响因素分析

为科学合理地确定不设钢轨伸缩调节器的桥梁温度跨度,通过建立线桥墩一体化计算模型,研究各种因素对有砟桥上无缝线路最大温度跨度的影响。研究结果表明：钢轨顶面垂磨增大,最大温度跨度逐渐减小;墩顶纵向水平位移增大,最大温度跨度与墩顶位移近似成等比例减少;制动力对钢轨升温幅度较大时的最大温度跨度有一定影响;大机维修所确定的温度跨度要比大机清筛的小;为减缓地震对桥梁纵移、横移的影响,高速铁路桥梁设计中应采用防落梁装置。综合分析后,考虑了轨温变化幅度、墩高2个影响因素,得出了桥梁温度跨度极值的建议值,如最大墩高小于30m,轨温变化幅度分别为30,40和50℃时,温度跨度极值分别建议为320,300和280m。