基于ALE有限元的轮轨稳态滚动接触分析

基于Arbitrary Lagrangian Eulerrian(ALE)有限元方法建立稳态轮轨滚动接触的三维有限元模型.该模型用接触面上相对滑移速度定义轮轨滚动接触的黏着和蠕滑条件,并在虚功率方程中通过Lagrange乘子法引入接触界面上无切向滑移约束,更好地计算分析接触斑的黏着特性.该模型不但可以考虑材料、几何和接触非线性问题,还可以考虑车轮滚动速度、轮轨的实际几何形态以及惯性力的影响,并能分析接触斑的接触应力和相对滑移速度的分布情况.用该模型对单轮对在轨道上稳态滚动时的接触状态分析表明:基于该模型计算得到的轮轨滚动接触的接触斑形态和Hertz理论的椭圆假设有较大差别;通过相对滑移速度来描述接触斑滑动和黏着状态,更有利于描述轮轨的相互作用;明显观察到接触斑里的摩擦力分布和相对滑移速度的自旋效应;接触斑里摩擦力的旋转分布对轮轨系统的振动、轮轨的黏着和磨损的产生有较大影响.     

我国重载列车制动技术的研究

根据重载列车制动作用的特点和要求,从列车制动控制、货车制动机和基础制动装置等方面概述了我国重栽制动技术的发展及其实际应用情况,并展望了重栽列车制动技术未来的发展方向.     

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。     

客车车轮型面的多目标优化设计模型研究

分别以与轮轨磨耗指数、临界速度和轮轨横向力相关的3个函数为目标函数,以圆弧型车轮型面的圆弧半径和圆心坐标为设计变量,以Nadal脱轨系数最大值不超过GB 5599—85标准规定的1.0、轮轨最大接触应力不超过车轮材料剪切强度3倍和车轮滚动接触疲劳因子小于0的要求为约束条件,给出了铁路客车车轮型面的多目标优化模型。以欧洲ERRI 200 km.h-1标准客车为例,利用铁道车辆动力学仿真软件ADAMS.2005/Rail建立铁路客车动力学模型,并用给出的型面优化模型对其LMa车轮型面进行多目标优化设计,结果表明,踏面型面优化后的车辆临界速度提高约50%,车辆通过曲线时的轮轨磨耗指数下降约12%。     

基于全生命周期且以风险为导向的信号系统独立安全评估

主要对城市轨道交通信号系统的独立安全评估方法的应用进行研究,对基于全生命周期且以风险为导向的独立安全评估方法进行详细介绍,并与传统的以技术为导向方法进行比较。文章提出的方法更注重信号系统运营中的危害,对其潜在的风险进行控制及管理。独立安全评估可以帮助信号系统集成商将风险等级尽可能降低,为城市轨道交通信号系统的运营安全提供保障。该方法可以应用于城市轨道交通信号系统的设计和实现过程,以满足轨道交通主管部门提出的安全完整性等级要求。     

实心车轴单轮对的脱轨试验与数字仿真

从轮轨关系的角度介绍实心车轴单轮对脱轨的研究现状及脱轨的数字仿真分析。在准静态条件下,在全尺滚动试验台上进行了试验,研究了轮对冲角以及作用于爬轨侧轮缘和非爬轨侧轮缘上的垂向载荷的比率等参数对试验结果的影响。本文在试验结果的基础上,分析了现有的一些评判脱轨的准则,并提出了2个新的评判准则。建立了一个基于爬轨过程的轮轨接触数学模型,并利用数字仿真结果与实测试验的结果对比,验证了该模型的正确性。     

整体制动盘热应力有限元仿真分析

利用ABAQUS软件,对三筋板、四筋板和散热柱3类结构的合金铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁材料制成的整体制动盘进行了温度场和热应力场分析。研究制动初速度为220 km.h-1时紧急制动情况下整体制动盘的热力学特性。对数值仿真结果的分析表明:当选用相同的材料时,四筋板制动盘的盘面最高温度比三筋板制动盘和散热柱制动盘的要低,四筋板制动盘结构优于三筋板制动盘;合金铸铁制动盘的最大热应力接近极限强度应力,而球墨铸铁制动盘和蠕墨铸铁制动盘的余量较大;与散热柱制动盘相比,四筋板制动盘的最大Mises应力及其应力梯度稍大,但不明显;当1个车轴安装2个制动盘时,制动过程中盘面的最高温度达到308℃,远大于1个车轴安装3个制动盘时的220℃;最大Mises应力大于280 MPa,超过了合金铸铁制动盘的允许应力(235 MPa)。建议准高速客车每轴安装3个制动盘。     

完整的车辆—轨道系统动力学研究是铁路发展的迫切需要

针对铁路在提速和高速发展中碰到的车辆—轨道系统的结构磨损加剧、关键部件疲劳破坏和噪声等新问题 ,在总结分析大量有关技术文献的基础上 ,提出必须进行高中低频范围的车辆—轨道系统的动力学研究。如果只用传统的思路和方法 ,不对这些新问题的本质进行深入研究分析 ,问题不能得到合理解决。理论和试验结果表明 ,根据激扰的差异及其波长范围 ,应将车辆—轨道系统动力学划分为低频、中频和高频 3个范围。针对这 3个不同区域内存在问题的性质 ,所处的频率范围 ,建立符合研究要求的动力学模型 ,并采用合理的数学方法求解。这样 ,以车辆—轨道系统的频率特性为基础 ,进行完整的车辆—轨道系统动力学研究 ,开发完善的新模型 ,对铁路实现高速化具有重要意义     

高速列车用铝合金材料的耐撞性数值分析

利用有限元软件ABAQUS进行高速列车用铝合金材料的耐撞性数值分析.分析了钢和铝合金薄壁圆柱在轴向力作用下的动力学响应.所有的参数,如弹性模量,密度,屈服应力取自文献[6]中的试验数据,在相同的条件下,通过比较两者的数值结果验证了参数正确性和可靠性.碰撞能量一定,对应于不同的碰撞速度,比较了钢和铝合金薄壁圆柱受到的平均作用力,以及它们最后变形的塑性铰的个数.数值试验表明,在碰撞能几乎全部被吸收的情况下,对于不同的碰撞速度5、30、65、80m/s钢材薄壁圆柱比铝合金薄壁圆柱所受到的平均作用力大,变形后塑性铰的个数少.     

混杂纤维增强制动闸片的制动性能研究

采用改性酚醛树脂为基体,炭纤维与钢纤维、矿物纤维等混杂材料作为增强材料,研制了适用于提速列车盘形制动的少金属制动闸片。在1∶1惯性力矩试验台上对其制动性能进行了测试。试验结果表明,该制动闸片在各种规定试验条件下的摩擦性能均能满足最高运行速度为120km/h～160km/h的提速列车的使用要求。