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。     

高速轮轨关系试验台的数字样机研究

应用CAE系统进行轮轨关系试验台的数字样机研究。通过CATIA三维建模软件建立轮轨关系试验台CAD模型,应用ADAMS多体动力学仿真软件建立轮轨关系试验台的机构运动模型,应用多体摩擦接触元件建立轮轨接触摩擦模型。应用高速轮轨关系试验台数字样机进行轮轨黏着的数字试验研究。仿真研究结果为轮轨关系试验台的技术方案及其关键技术参数的选取提供了技术支持。     

基于ALE方法的高速轮轨黏着特性仿真及试验验证

根据全尺寸高速轮轨关系试验台,建立基于ALE方法的轮轨滚动接触三维有限元模型,仿真分析干燥条件下高速轮轨黏着特性曲线,并采用试验台的高速黏着试验结果对其进行验证。在此基础上,分析高速条件下从制动到牵引工况变化过程中的轮轨接触斑状态、摩擦力分布、Mises应力分布等的演变规律。结果表明:有限元模型可用于模拟干燥轮轨接触表面条件下的高速轮轨黏着特性;黏着轮从自由滚动状态(全黏着)到最大牵引力(全滑动)过程中,轮轨接触斑从靠近轮缘的一侧进入滑动状态并逐渐扩大到整个区域,而制动工况时则从远离轮缘的一侧进入滑动状态;摩擦力从黏着轮自由滚动时的自旋分布状态逐渐变化为趋于一致方向,纵向蠕滑力达到饱和;Mises最大应力点由黏着轮自由滚动时的接触表面以下2 mm处逐渐转移到接触表面,应力更加集中。     

基于投影轮廓的轮轨三维接触几何计算研究

为便于研究轮轨接触的几何关系,将轮轨的直线上接触、曲线上接触和轮轮接触3种典型轮轨三维接触几何计算归结为轮轨直线接触平行投影轮廓和轮轨曲线、轮轮接触旋转投影轮廓的二维接触问题.利用轮对的旋转体特性,分别推导出轮对在不同投影下其底部轮廓的计算公式,给出求解步骤以及适合轮轨三维接触计算的二维同步迭代流程.以S1002CN踏面轮对与60 kg·m-1钢轨的三维接触几何关系为例,仿真分析直线、300m半径曲线及轨道轮半径为900mm的滚动试验台的轮轨三维接触几何情况.结果表明:将轮轨接触点相对于轮对底部母线的偏转角作为计算参数,使得基于投影轮廓的轮轨三维接触几何计算方法简单、易用;直线及曲线线路上的轮轨三维接触几何关系相近,当轮对摇头角小于5～10 mrad时还可用轮轨二维几何关系近似;轮对大横移下的接触点偏转角,在一定的摇头角范围内可视为轮对摇头角的线性函数;二维同步迭代能有效实现复杂条件下的轮轨三维接触几何计算;小横移条件下,轮轮三维接触即具有明显的接触点偏转角,仿真时需要修正.     

车辆滚动试验台的调整原理

对车辆滚动试验台模拟直线运行时的轮轨关系问题作了讨论，阐明了调整试验台各轨道轮之间的相对位置，可以使被试车辆各轮对的轮轨间隙相等，可以使试验台比较真实地模拟直线运行状态。     

机车车辆轮—轮与轮—轨接触关系的比较

滚动振动试验台进行车机车车辆动力学性能测试时，由于用有限半径的轨道轮代替平直轨道，即使在所有模拟参数与实际线路完全一致的情况下，其动力学性能测试结果仍存在误差，本文从轮轨接触几何参数，重力刚度、轮轨接触斑几何何形状及蠕滑特性等多方面分析轮－轨和轮－轮工况的差异以及由此而产生对机车车辆动力学性能参数的影响，根据计算结果，可对滚动振动试验台的标定提供定量的参考。     

Translohr有轨电车导向轮轨接触关系分析

Translohr有轨电车的导向轮呈V型布置,与倒V型钢质导向轨的2个侧面相配合,在横向和垂向坐标上呈现非一一映射的几何关系。为了分析Translohr有轨电车的导向轮和导向轨的接触关系,提出一种改进的轮对切片投影法,通过坐标变换将导向轮和导向轨非映射的轮轨几何关系转换成为映射关系。采用弹性轮轨接触的渗透量法求解Translohr有轨电车导向轮和导向轨的多点接触问题,绘制其导向轮和导向轨的多维度接触状态表格。应用上述轮轨接触表格,建立Translohr有轨电车的动力学模型,分析不同半径曲线上的轮轨接触状态。     

高速轮轨关系试验台仿真模型的建立及验证

针对中国铁道科学研究院的1:1高速轮轨关系试验台,利用Simpack软件建立了高速轮轨关系试验台仿真模型。为了验证仿真模型的可靠性,选取试验台的蠕滑试验及模拟轮对曲线运行试验,对仿真模型进行验证。结果表明,基于蠕滑试验的仿真模型验证,其最大值误差小于15%,基于模拟轮对曲线运行试验的仿真模型验证,轮轨垂向及横向力的变化趋势较为一致。     

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。     

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。     

胶轮+导轨式有轨电车动力走行部滚振试验台设计

分析胶轮+导轨式有轨电车动力走行部的导向机理、脱轨机理,介绍电车3种类型的动力走行部导向机构。为研究导轨电车的轮轨关系,对其动力走行部的脱轨机理展开试验研究,设计动力走行部滚振试验台。试验台可以模拟电车空载和满载条件,以及直线、曲线通过工况。通过测量导向轮的横向力、垂向力和垂向位移3个参数,研究分析导轨电车导向、脱轨机理,并建立相关评价标准。试验台为导向机构的优化及电车运行安全的提升提供保障。     

胶轮导轨电车滚振试验台有限元分析

胶轮导轨电车滚振试验台是研究胶轮导轨电车轮轨关系的重要平台,激振单元是试验台的核心部件。以胶轮导轨电车滚动振动试验台的激振部分为研究对象,利用UG建立三维模型,并将其导入到ANSYS中进行有限元分析,分析试验台激振部分在最大载荷下的合位移、等效应力和等效应变的等值线云图,以及前5阶固有频率及其相应的振型。分析结果表明:伺服液压缸的存在可以提升试验台的结构特性;试验台的1阶固有频率远离激振频率;通过增加调整垫铁的数量可以提高系统的固有频率。分析验证试验台结构设计的合理性,分析数据为试验台结构的优化提供参考依据。     

一种铁路车桥耦合振动三维仿真的实现

利用ANSYS用户可编程接口技术,设计了一种轮轨动力接触单元。结合列车和下部结构形成三维车桥墩空间耦合振动模型。以大石河大桥为例进行了仿真分析,再现了货车通过时该桥的横向振动特性。     

新型转向架参数测定试验台的研制

为确保转向架的性能安全和经济运行,研制了新型转向架参数测定试验台。基于铁道车辆转向架的特点,介绍了转向架参数测定试验台的测试原理、主要结构、功能等,进行了转向架参数测定试验台的机械系统、液压及控制系统和测试系统的设计,实现了铁道车辆转向架的三向刚度同时测定及几何结构尺寸参数测定等功能。     

车辆—轨道系统高中低频动力学模型的理论特征及其应用范围的研究

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问题,提出必须进行车辆—轨道系统高中低频范围的动力学模型研究。根据激扰的差异及其波长范围,针对车辆—轨道系统动力学在低频、中频和高频3个范围内存在问题的性质,建立符合研究要求的车辆模型、轨道模型和轮轨接触模型,并采用合理的数学方法求解。认为以车辆—轨道系统的频率特征为基础,进行完整的车辆—轨道系统动力学研究,可以有效研究车辆—轨道系统的短时动力学和长期行为之间的关系。     

基于轮轨线性相互作用假定的车桥相互作用理论及应用

研究车桥耦合系统中轮轨相互作用关系问题。以刚体动力学方法建立车辆子系统模型,有限元法建立桥梁子系统模型;假定车辆轮对与钢轨之间在竖向上服从轮轨密贴假定,在横向上服从Kalker蠕滑理论;并在计算横向蠕滑力时考虑轮对锥形踏面和恒定法向力;以轨道不平顺为系统激励;建立车辆-桥梁统一的线性动力平衡方程组。利用上述轮轨线性相互作用假定,以SS8单节机车通过单跨32m简支梁为例,计算各轮对横向运动的时域及频域响应;讨论轮对蛇形运动波长、波幅的影响因素;分析桥梁横向振动、横向轨道不平顺以及车辆系统横向振动三者的关系;并验证轮对蛇行波假定的正确性。     

支持向量回归在轮轨Hertz弹性接触计算中的应用

空间轮轨接触是铁道车辆系统动力学仿真对象模型中的重要柔性环节，基于材料线弹性假设的Hertz理论，可以给出两弹性体一般接触的复杂的隐式非线性关系.支持向量回归是统计学习理论中提出的新一代学习算法．轮轨接触计算可以使用它离线学习到一个显式的非线性关系．其逼近精度和表示复杂度可得到很好的折中．有利于铁道车辆系统动力学仿真的在线计算，     

锚固结构荷载传递机理离散元模拟研究

研究目的:岩土锚固技术是岩土工程领域的重要分支,被广泛应用于土木、矿山、水电等工程领域,但关于锚固结构荷载传递机理的细观力学研究相对较少。本文依据现场试验,通过建立锚杆拉拔试验颗粒流数值模型,探讨不同荷载作用下轴力、锚固界面剪应力分布特征以及周边岩土体的细观力学特性。研究结论:(1)建立了锚杆张拉试验颗粒流数值模型,通过将计算结果与试验数据进行对比,验证了模型的合理性与有效性;(2)分析了锚固结构的荷载传递机理,其界面剪应力沿锚杆方向的分布是不均匀的:在弹黏性阶段,锚固界面剪应力以及轴力分布均为单调递减曲线;在弹塑性阶段,界面剪应力峰值点大致位于弹塑性变形区和弹黏性变形区的分界位置,并且随着张拉荷载的逐渐增大,界面剪应力峰值不断增大,峰值点不断向远端推移;(3)无论是在重力作用下还是受到拉拔荷载时,锚孔周边岩土体的强力接触力和弱力接触力基本垂直,在受到拉拔荷载时,周边岩土体的颗粒会发生重排列,导致强力接触力与弱力接触力方向产生强烈偏转;(4)本文研究方法与结论可为类似锚固结构的设计与力学分析提供理论借鉴。     

广州地铁道岔群磨耗的成因研究及治理措施

对广州地铁1号线广州东站道岔群磨耗问题的产生原因进行了分析,结合轮轨动力学理论对该问题做出阐述,提出进一步预防及整治的措施。     

考虑轮对弹性的轮轨接触点算法

研究轮对动力学相关问题时要考虑轮对的弹性变形,本文在传统迹线法的基础上发展一种考虑轮对弹性的轮轨接触点计算方法。该方法通过计算滚动圆上的点和该点在轨道上的投影点的法向矢量确定可能接触点,形成接触迹线,根据迹线和轨道型面的垂向最小距离确定最终的接触点。利用该方法,本文建立单轮对刚柔耦合系统动力学方程来求解轮轨接触点,并通过刚性轮对与弹性轮对的计算结果对比,讨论轮对弹性变形对接触点位置和轮轨蠕滑率的影响。结果表明,该方法可有效解决考虑轮对弹性的轮轨接触计算问题。