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。     

对流换热系数对轮轨滑动接触特性的影响分析

建立模拟轮轨滑动接触的热弹塑性有限元三维模型,以2种滑动速度为例研究机械荷载作用下对流换热系数对接触区的温度、接触斑的大小以及最大等效应力等轮轨接触特性的影响。研究结果表明:各研究工况下轮轨滑动摩擦热均能使接触区域达到相变温度;轮轨接触区的温度、接触斑的大小以及等效应力在有、无对流换热系数2种情况下差异显著,故对流换热系数在对轮轨滑动状态进行数值分析时不应忽略;对流换热系数的变化对接触特性的影响与滑动速度有关,建议2 m/s及以上速度的研究中对流换热系数可以取为定值,但在1 m/s及以下速度的研究中,对流换热系数的准确选取需进行深入研究。     

轮轨静接触时的应力状态

通过大量的数值分析，作者给出了既简便又可直接应用的轮轨静接触时应力状态的数值解。这些解表明了静接触应力场随接触椭圆短，长半轴之比b/a以及泊松比^v的变化规律．     

水介质对轮轨粘着特性的影响

借助于水介质作用下轮轨接触的数值解法，建立高速轮轨水介质粘着力的数值分析方法，讨论了水介绍作用下轮轨粘着力随列车运行速度的提高而急剧下降的变化特性，给出了轮轨粘着力下降机理的定性解释。     

轮轨油污染黏着特性的三维数值分析

在油污染工况下,建立一个考虑轮轨表面粗糙度的三维轮轨黏着特性数值分析模型.应用Patir和Cheng提出的平均流量模型,以多重网格法和多重网格积分法作为数值计算的工具,得到轮轨间存在油介质时的液体、固体粗糙峰接触压力以及膜厚的分布规律,并研究列车速度以及轮轨表面粗糙度对轮轨间黏着特性的影响.研究结果表明:随着列车速度增加,轮轨间的黏着系数逐渐下降;随着轮轨表面粗糙度的增大,轮轨间的黏着系数逐渐增大.此外,从数值角度分析速度增大引起黏着系数下降和粗糙度增大所引起黏着系数上升的机理.     

基于轮轨蠕滑温升的机车车轮踏面优化研究

提出了一种以轮轨蠕滑温升为目标,车辆动力学性能为约束条件的机车车轮踏面优化方法,并通过数值算例分析了影响轮轨摩擦温升的主要因素,表明轮轨接触斑形态与轮轨蠕滑温升及接触应力呈正相关,减小轮轨接触斑纵轴长度能够明显减小轮轨蠕滑温升,缓解车轮踏面剥离。     

不同摩擦系数条件下的轮轨滚动接触特性分析

以直径为860 mm的LMA踏面轮对和60 kg.m-1钢轨为例,采用有限元软件ABAQUS建立三维轮轨滚动接触有限元模型,利用集群逻辑结构的并行计算平台求解该模型,并对不同摩擦系数下轮轨滚动接触特性进行分析。研究表明:摩擦系数对接触斑面积、接触区Mises应力值和法向接触应力影响不大;随着摩擦系数的增大,接触斑黏着区面积增加,接触区内横向和垂向剪应力增大且位置向接触区表面靠近;在相同牵引力矩作用下,随着摩擦系数的增加,轮轨纵向剪应力明显增大;接触斑内摩擦力矢量的纵向分量也随之增大,轮轨摩擦力及其绕原点合力矩的纵向分量也变化明显,最大增幅超过30%,自旋力矩值也随之增大且其中心点在接触斑内沿牵引方向前移。     

轨道振动对轮轨接触压力影响的数值分析

轮轨滚动接触振动是产生轮轨噪音、波浪形磨损和滚动接触疲劳的主要原因。本文采用数值方法分析全尺寸滚振试验台和原形尺寸单轮对试验装置进行轮轨滚动接触振动对轮轨需滑力影响的试验现象，确定了影响轮轨滚动接触正压力的主要因素。分析中采用了“集中质量法”对用来模拟轮轨关系的轮／轮物理模型进行了离散，论／轮接触表面的法向变形满足Hertz接触条件。     

一种轮轨两点接触数值计算方法

根据轮轨几何约束方程的典型解得到轮轨两点接触的判断条件,运用该条件并结合迹线法给出了一种轮轨两点接触数值计算方法。     

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。     

函数型摩擦系数条件下轮轨滚动和滑动接触的热机耦合分析

以直径为860mm的LMA型踏面轮对和60kg.m-1钢轨为例,在考虑轮轨间热传导以及轮轨与环境间的热传导和热辐射基础上,采用非线性有限元分析软件ABAQUS提供的mixed Lagrangian-Eulerian方法建立轮轨接触的热机耦合有限元模型,并采用隐式和显式相结合的方法分析轮轨滚、滑动接触工况下的热机耦合问题。结果表明:轮轨滚动接触时,轮轨间的摩擦温升较小、不影响轮轨表面的材料性能,工程上可以忽略其温度对轮轨接触特性的影响;轮轨滑动接触时,轮轨间的摩擦温升足以改变轮轨表面的材料性能,进而影响摩擦系数,且不同摩擦系数对轮轨接触热机耦合特性影响也较大,因此采用与相对滑动速度、温度和载荷等因素相关的函数型摩擦系数可以准确分析轮轨滑动接触的热机耦合特性。     

用Laplace变换法研究轮轨滑动引起的温升（上）

在假设轮轨接触的压力为Ｈｅｒｔｚ椭圆分布且热源为瞬时静态热源的基础上，用Ｌａｐｌａｃｅ变换法研究了轮轨之间的滑动所造成的温升。     

轮轨椭圆接触区的牵引力特性：在专用滚轮试验机水润滑条件下的若干…

迄今为止，曾将轮轨接触问题作为二维线性接触进行处理并研究了在各种接触表面条件下的牵引力特性。本文为了研究横向滑动或横向牵引对纵向牵引的影响，在水润滑、椭圆接触区的条件下进行了一些试验。在专用滚论试验机上将一作用力垂直施加于滚动方向上，测量了纵向牵引力和滑动量。将试验获得的牵引系数和滑动率之间的关系与采用边界元进行的数值分析结果进行了对比，得出在水作为润滑剂的条件下，随着滚动速度的降低，试验结果接近     

滑动状态下地基刚度对轮轨接触特性的影响

高速铁路作为国民经济的基础设施,沿线分布长、区域广,因各地区土质不同造成地基刚度也不一样。本文通过建立轮对三维有限元热机耦合分析模型,参照合理地基刚度,研究分析了全滑动状态下地基刚度的改变对轮轨接触特性的影响。结果表明:地基刚度的改变对轮轨接触区域的温升影响并不明显;全滑动状态下轮轨接触区热量较为集中,使得接触斑的面积相对于静态分析时增加了2.2倍左右;全滑动状态下的等效应力由机械应力、热应力叠加而成,并且热应力居于主导地位。     

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。     

高速列车轮轨接触几何参数对轮轨磨耗的影响研究

为研究高速列车轮轨接触几何参数对轮轨磨耗的影响,选取修正的Elkins磨耗指数方法计算轮轨间的磨耗指数,采用ANSYS和SIMPACK联合仿真的方法,将轮对、转向架构架和车体逐步进行弹性化处理,建立全弹性的车辆系统动力学模型,基于此模型进行数值计算,从时域、有效值、最大值3个方面,结合速度因素,分析摩擦系数、轮对内侧距和轨底坡对轮轨磨耗的影响。结果表明,在相同速度下,摩擦系数越小,轮轨磨耗越严重,随着摩擦系数的增大,轮轨磨耗趋于平稳;随着轮对内侧距的增大,磨耗指数整体呈增大趋势,但轮对内侧距对轮轨磨耗的影响较小;当轨底坡的值取为1/40～1/20时,轮轨磨耗较小;在相同轮轨接触几何参数下,列车运行速度的提高加剧了轮轨间的磨耗。     

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。     

机车轴箱轴承载荷分布的研究

本文将虚拟接触载荷法进一步推广应用到机车轴箱轴承载荷分布的研究。采用分布形式的虚拟接触载荷模拟圆柱滚子与轴承外圈之间的接触力，研究有游隙和无游隙接触情况下轴承滚子与外圈接触区中的接触力分布规律，计算结果与已有数值解相符合。     

轮轨接触应力的研究

用赫兹理论和弹性力学的公式对轮轨接触应力进行了详细的计算，给出了我国电力机车、内燃机车、客车和货车车轮的标准型踏面和不同磨耗半径的磨耗形踏面与标准型钢轨接触时的轮轨表面接触力、轮轨内部剪切应力、车轮轮缘要部接触应力的数值解，并研究了影响轮轨接触应力的各种因素，本文还用光测力学的方法对轮轨动态接触应力进行了研究。这些成果对于研究轮轨接触强度，分析轮轨踏面的剥离、轮轨磨耗以及轮轨型面的优化都提供了理论依据。     

轮对-曲线轨道非线性接触系统垂向振动分析

轨道超高是高速列车曲线行驶的主要参数之一,直接影响到车辆的安全性和轨道的耐久性。为研究轮轨垂向振动状态下曲线轨道超高的影响规律,基于动力学理论建立轮轨三维实体非线性接触的有限元模型,采用瞬态动力学分析方法,在曲线轨道高低不平顺激励下研究曲线轨道超高对轮对-曲线轨道非线性接触系统的动力影响。研究结果:低速在较大超高的轨道上行驶会增大车体横向振动,不同超高的舒适速度为190 km/h;车体垂向振动随着速度的增大受超高的影响逐渐减小;倾覆系数随着速度的增大呈非线性增大,内外侧轮轨脱轨系数差异在低速较大超高轨道中最大,且随着超高的增大差异逐渐减小;速度超过160 km/h时,轨距动态扩大量会迅速增大,超高会增加轨距动态扩大量,建议采取拉杆等措施予以加固;钢轨、轨枕及道床垂向振动随着车速增大而增大,超高影响较小,可忽略;超高引起内外侧轮轨接触应力完全不一致,法向接触应力以内侧轮轨较大,切向接触应力以外侧轮轨较大;速度超过160 km/h时,轮轨接触斑动态总滑动量会迅速增大,轨道超高会引起内侧轮轨接触斑动态滑动量大于外侧,其差值随着超高的增大而增大。