轮轨滚动接触疲劳问题研究的最新进展

由于轮轨之间的剧烈作用，轮轨滚动接触疲劳的破坏现象是非常严重的，这是至今尚未得到根本解决的难题，而且有些破坏机理尚不清楚。轮轨接触表面的疲劳破坏不仅使铁路运营成本增大，而且直接危害列车的行车安全。本文详细综述了轮轨滚动接触疲劳问题在近10年的研究进展情况，其中包括三维弹塑性滚动接触理论模型和数值方法，轮轨滚动接触疲劳破坏的各种因素数值分析方法和试验方法，以及轮轨新材料研究进展。涉及近10年来国内外发表的100多篇重要文献，并在此基础上提出了今后的研究方向。     

轮轨水介质接触的完全数值分析方法

基于部分弹流理论，建立一种高速轮轨在水介质作用下接触问题的完全数值分析方法。研究在介质水作用下高速轮轨间接触压力分布，给出高速轮轨介质接触时的固体承载及液体动压分布。     

高速轮轨黏着机理的研究进展及其应用

轮轨黏着影响列车牵引和制动,对铁路运营效率和行车安全至关重要。论述国内外高速轮轨黏着的研究成果,包括仿真研究和试验研究进展情况。在仿真研究方面,介绍国内外轮轨黏着的理论模型发展和数值方法;在试验研究方面,介绍国内外的试验方法和试验结果。通过对轮轨黏着机理进行研究,揭示影响轮轨黏着的因素及其影响规律。分析现场存在的轮轨黏着方面的问题以及国内外轮轨黏着的控制与利用情况,包括最新的轮轨增黏措施和防滑防空转技术,并对高速轮轨黏着机理未来的研究方向进行展望。     

轮轨高速电报导化铁路接触网用接触线的研究

根据轮轨高速电气化铁路接触网用接触线的要求，结合我国目前接触线的生产现状，研讨了接触线研究、开发的可能性，在综合分析抗拉强度与导电率的矛盾，接触线的允许最高强度、最大截面、耐磨性及抗疲劳性等技术特性，国产化的可能性和现实性后，指出应研究开发镁铜合金、锡铜合金和铜包钢接触线。另外，对现有的银铜类合金接触线应改善它的平直度，以降低高线率，使质量达到国外同类先进产品的水平。并建议及时组织机械和铁道系统的研究、设计和制造单位的专家进行技术论证和工件协调，做好高速接触网用接触线研究开发的前期工作，为国产化统一和明确方向，以赶上京-沪轮轨高速电气化铁路对国产接触线的需要，加速高速、准高速接触网用接触线国产化的进程。     

车轮扁疤对高速列车轮轨接触蠕滑特性的影响分析

为了研究车轮扁疤对高速列车轮轨接触蠕滑特性的影响,基于多体动力学理论和滚动接触简化理论,建立考虑轮对柔性的刚柔耦合车辆动力学模型,分析车轮扁疤参数变化对高速列车轮轨力和蠕滑力等特性的影响,并结合轮重减载率和轮轨垂向力指标得到车轮扁疤长度的安全限值。结果表明:考虑轮对柔性能更好地反映轮轨接触状态;在轮轨滚动接触过程中,车轮扁疤过长会导致轮对发生跳轨现象,严重时导致车辆脱轨,应及时根据扁疤长度限值镟修轮对;结合轮重减载率和轮轨垂向力制定车轮扁疤长度安全限值为27 mm,该限值可以更有效地保障高速列车安全运行。     

轮轨结构变形对高速机车单轮对牵引力矩的影响

从数值方面详细分析了轨道结构变形对高速机车单轮对牵引力矩的影响。首先利用有限元方法分析计算轮对和轨道结构变形和相应作用力之关系，确定了轮轨接触斑处单位密度作用力引起轮轨变形的影响系数。用这些影响系数修正Kalker非赫兹滚动接触理论中由Bossinesq和Cerruti公式确定的力和位移的影响系数。并分别用Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论和其被修正形式分析计算了高速机车单轮对牵引力 矩。从数值结果看，轮对和轨道的结构变形对机车牵引力矩的影响是十分大的。     

重载运输与轮轨接触

指出了轮轨接触问题在重载运输中的突出作用并分析了原因，论述了重载运输所面临的大量轮轨关系问题并分析了接触问题在其中的关键地位。认为非赫芝特性是轮轨接触问题的基本特性，只有在这一认识水平的指导下，才有可能深入探讨轮轨接触的实质，解决重载运输所提出的轮轨接触问题。     

高速轮轨接触几何关系的比较分析

高速轮轨接触几何关系研究涉及诸多因素。选择中国车轮踏面LMA与钢轨CHN60、日本新干线圆弧车轮踏面JP-ARC与钢轨JIS60和欧洲标准车轮踏面S1002与钢轨UIS60,比较这3种轮轨关系的几何参数差异,编制了轮轨接触几何的数值分析软件,计算不同轮对内侧距情况下的轮轨接触几何关系,比较在轮对内侧距为1353和1360mm情况下,轮对横移时的滚动圆接触半径差和接触角差的数值计算结果,探讨适应于我国高速车轮踏面形状和轮对内侧距,为高速轮轨关系的深入研究提供基础。     

轮轨接触振动及其对轮轨粘着的影响

轮轨滚动接触分为稳态接触和非稳态接触.非稳态接触使得轮轨接触参数发生变化,即发生接触振动.轮轨接触参数的变化必将影响轮轨粘着性能.本文对轮轨接触振动进行建模、求解,并将轮轨接触参数的变化应用于修正的轮轨粘着理论中,探讨轮轨接触振动对轮轨粘着的影响.     

新型轮轨关系试验台研究

提出一种新型基于轮轨接触的轮轨作用试验台的技术方案,解决以往采用轮—轮接触试验台模拟轮轨接触关系的不准确性。对试验台关键的轨道驱动方式进行了分析,采用行星齿环滑块往复运动机构作为其传动机构。建立了运动机构的数学模型,并采用ADAMS软件完成机构的仿真分析。新型轮轨作用关系试验台可真实反映轮轨之间的接触作用,对轮轨关系的研究提供试验技术手段。     

轮轨稳态接触力学研究进展述评

对稳态轮轨接触三维精确理论，简化理论以及用这些理论解决车轮和钢轨的多点接触现象的方法进行了述评，提出了进一步研究的课题，并改进了三维滚动接触简化理论的算法。     

车轮滚动接触疲劳研究

滚动接触疲劳是受到循环载荷的轮轨接触的主要失效机制，其损伤机理和相关的模型算法有很多种，文章对其进行了具体分析，并从材料本身和外部条件两个方面对影响车轮滚动接触疲劳损伤的因素进行了探讨，提出了今后的研究方向。     

列车蛇形运动状态下轮轨接触特性分析

为了分析列车在蛇形运动状态下轮轨接触区域的形状、面积、轮轨接触应力和Mises应力的特性,根据有限元理论并结合ANSYS有限元软件,建立包含一个轮对的轮轨系统有限元模型,计算分析轮轨接触特性与轴重和轮对摇头角之间的关系,计算结果表明:轮对摇头角对接触特性的影响不是很明显,而轴重和轮对中心横移量对轮轨接触斑的面积和形状有着显著的影响;接触斑的形状不同于用Hertz理论得到的椭圆形接触斑。     

轮轨接触温升的有限元分析

分析了轮轨接触的接触温升。结果表明，在正常接触工况和较大滑滚比条件下，轮轨接触温升可达到可观数值。     

轮轨接触几何非线性特征参数

论述了轮轨非线性接触对铁道车辆稳定性判据的影响,提出用2个特征参数对轮轨接触几何关系进行描述的新方法.通过轮轨匹配实例,对比分析了特征参数对车辆运动稳定性的影响.     

地铁车辆轮轨法向接触问题研究

轮轨法向接触是影响轮轨磨耗和滚动接触疲劳的关键因素。分析了赫兹接触理论以及Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论(精确理论),建立了地铁车辆轮轨接触有限元模型,计算不同轮对横移量下的轮轨接触斑形状和法向接触应力。计算结果表明:在踏面接触工况下,CONTACT的计算结果与有限元模型计算结果一致,而在轮缘接触工况下,CONTACT程序受弹性半空间假设限制导致计算结果与有限元模型计算结果相差较大;赫兹接触由于受接触斑内轮轨曲率为常数的限制,导致其计算结果与CONTACT和有限元模型计算结果相比有较大出入。     

轮轨动力学与安全性试验方法对比

我国高速列车与国外轮轨动力学与安全性试验方法不尽相同,且已开通运营里程高达近万公里,所以有必要对轮轨动力学与安全性试验方法进行评估。通过调研整理国内外高速列车轮轨动力学理论研究成果与安全性试验方法,确定了轮轨动力学和安全性试验方法的4方面内容:脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和构架横向稳定性。然后依次从国内外的研究现状、标准限值、测试方法和应用情况等方面进行梳理分析。对比结果显示,我国高速铁路联调联试与车辆型式试验均对4方面内容进行测试,满足高速列车动力学与安全性要求。     

轮轨接触几何关系对高速客车稳定性的影响

为研究不同的车轮和钢轨配合及不同的轮对内侧距等轮轨接触几何关系对高速客车稳定性的影响,选取中国车轮LMA和LM与钢轨CHN60、欧洲标准车轮S1002与钢轨UIC60以及日本新干线圆弧车轮JP-ARC与钢轨JIS60,对几组轮轨配合的运动特性进行了比较,并应用自制的轮轨接触几何计算程序和ADAMS/Rail软件针对不同的轮轨配合情况进行了仿真分析.     

大功率机车轮轨接触应力计算分析

轮轨关系是大功率机车车轮国产化的重要研究内容。轮轨接触应力分析是轮轨接触问题的基础。大功率机车轮对在运行过程中相对钢轨断面产生不同横移,直接影响轮轨接触应力。应用轮轨非线性接触理论及并行计算技术,构建大功率机车轮轨接触应力分析的大规模有限元模型,并在中国科学院研究生院计算地球动力学实验室的网络集群并行计算环境下完成有限元计算,研究了轮对横移量对大功率机车轮轨接触应力影响。计算结果表明,轮对不同横移时,车轮踏面内均出现塑性变形,塑性变形从车轮踏面内约6 mm处延伸至接触表面。轮轨接触斑的横向长度与接触面积随轮对横移量的变化有着相同的变化规律。随着横移量的改变,多数情况下的轮轨接触斑形态与Hertz理论的椭圆假设有较大差别。     

轮轨滚动接触的边界元分析

为研究轮轨接触的动态蠕滑理论，本文建立了一个滚动接触的模型。其滚动接触的运动学未作任何几何简化，故可以处理Ｋａｌｋｅｒ理论不能解决的一些问题。发展了一种按真实几何条件求解弹塑性稳态滚动接触问题的边界元方法。数据算例分析了蠕滑率、材料不对称、几何不对称等因素对粘着系数和切向面力的影响。最重要的意义是在滚动接触研究中第一次能够得到切向面力对法向压力的作用。这一工作可用于分析列车在曲线通过、超高和爬坡状