| 高速铁路钢轨擦伤形成影响因素 |
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| 引用本文： | 侯博文, 秦家栋, 高亮, 马超智, 刘秀波, 王璞. 高速铁路钢轨擦伤形成影响因素[J]. 交通运输工程学报, 2023, 23(1): 132-142. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.010 |
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| 作者姓名： | 侯博文 秦家栋 高亮 马超智 刘秀波 王璞 |
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| 作者单位： | 1.北京交通大学 土木建筑工程学院,北京 100044;;2.山东轨道交通勘察设计院有限公司,山东 济南 250014;;3.中国铁道科学研究院集团有限公司 基础设施检测研究所,北京 100081;;4.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所,北京 100081 |
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| 基金项目： | 中央高校基本科研业务费专项资金项目2022JBCZ009中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划P2021G053国家自然科学基金项目51827813 |
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| 摘 要： | 
基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30 ℃、轴重16 t、初始速度300 km·h-1、滑滚比30%工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻下钢轨踏面的接触压力、有效塑性应变、温度分布及其变化特征;在此基础上,进一步分析了列车轴重、钢轨踏面状态、列车牵引和制动状态对钢轨踏面最大温升与最大接触压力的影响,并基于钢轨马氏体白蚀层的形成机制讨论了钢轨擦伤的形成机理。
研究结果表明：在本文计算工况下,钢轨踏面最大接触压力为1 186.43 MPa,出现在接触区中心位置,车轮通过后钢轨内部存在部分残余热应力和机械应力,钢轨最大有效塑性应变为0.028 2,最大温升为554.55 ℃;随着列车轴重从12 t增大至16 t,钢轨最大温升由339.89 ℃增大至402.79 ℃;钢轨踏面摩擦因数由0.2增大至0.6时,钢轨最大温升由230.93 ℃增大至519.25 ℃;滑滚比由10%增大至40%时,车轮制动和牵引引起的钢轨最大温升分别由264.52 ℃和362.10 ℃增大至700.46 ℃和819.61 ℃,相同滑滚比条件下,牵引工况引起的钢轨最大温升大于制动工况引起的钢轨最大温升,其中在滑滚比增大至40%时,制动和牵引状态下钢轨踏面最高温度分别为700.46 ℃和819.61 ℃,钢轨最大温升均超过相变温度,可导致钢轨踏面产生马氏体白蚀层,从而形成钢轨踏面擦伤。
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| 关 键 词： | 高速铁路 钢轨擦伤 力-热耦合 滑滚比 钢轨马氏体 显式动力学 |
| 收稿时间： | 2022-08-11 |
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