轮轨踏面外形的实际测量及几何接触的进一步研究

研究了轮轨外形的高精度测量方法，即滚轮爬行式测量方法。研制了新一代的通用于不落轮测量的装置，对仪器的测量误差作了详细分析。提出了一种实用的外形平滑方法和几何接触的二维／三维通用算法，并研制了与仪器仪器配套的设计分析软件。对运用中的ＤＦ１１机车的轮对踏面外形作了测量研究，获得了关键的用于机车动力学分析的实际轮轨接触参数。为铁路车辆转向架的径向导向问题研究提供了第一手资料和手段。     

地铁车辆轮轨匹配关系研究

分析研究了S1002型踏面与1∶20、1∶40轨底坡及LM型踏面与1∶20轨底坡3种不同的轮轨匹配条件下,车辆的运行稳定性、曲线通过性能及运行平稳性,并提出了相应的建议。     

轮轨接触与运行稳定性

阐述轮轨接触与运行稳定性间的关系，及其应用效果。     

表面粗糙度对轮轨接触的影响

表面间的接触实质上是粗糙表面微凸体间的相互作用，而微凸本的变形方式取决于其分布规律，几何形状及所承受载荷大小，本文利用粗糙表面弹－塑性接触模型研究了表面粗糙度对轮轨接触应力和真实接触面积的影响，并通过数值计算得到影响关系曲线。     

轮轨接触应力数值计算分析

介绍了一种轮轨接触应力的数值计算方法，可求算任意轮廓形的接触应力值，同赫兹理论比较其更符合实际，本文结合我国铁路机车运用的ＴＢ型锥形踏面车轮和ＪＭ型磨耗型踏面车轮进行分析计算。     

高速动力车轮轨几何参数设计

本文对我国机车与德国高速动力车轮轨几何关系中的基本参数作了比较，结合我国实际情况，确定了我国高速动力车的轮轨匹配基准，在此基础上，按照磨耗型踏面设计原则，编制了踏面设计程序，设计了大量踏面外形，并用轮轨接触几何关系程序作了计算和分析。结合高速动力车整体性能，选择了一种等效斜度特性全理，轮轨接触状况优良，对轨底坡适应性较强的踏面，作为我国高速动力车车轮的磨耗型踏面。     

轮轨关系与磨耗

文章分析了曲线超高、机车车辆导向力、轮轨润滑、钢轨材质与轮轨摩擦的关系等,提出减缓轮轨磨耗的具体措施,经过实践取得了良好效果。     

轮轨接触问题的弹塑性分析

用有限元参数二次规划法，针对不同的轮径、轴重、牵引力和摩擦系数的各种工况分别进行了弹性和弹塑性计算，得出了轮轨间接触状态和接触内力的分布情况，并对其随各种参数变化的规律进行了分析，从而提出了改善机车粘着利用水平的途径。     

地铁车辆轮轨型面匹配及其对接触应力的影响

为了改善地铁车轮出现的异常磨耗问题,对上海地铁3号线车辆车轮踏面DIN5573出现的磨耗进行测试,获得2种磨耗车轮踏面。在SIMPACK软件中建立了地铁车辆动力学仿真模型,计算得到未磨耗、凹形磨耗、沟槽状磨耗3种车轮踏面与TB60,60N钢轨型面匹配时轮对横移量,将其输入到用ABAQUS软件建立的轮轨三维弹塑性有限元模型,分析不同轮轨型面匹配对接触应力的影响。结果表明:3种车轮踏面与60N钢轨型面匹配时轮轨接触点均匀分布在轨顶和车轮踏面中部,等效锥度基本稳定;在半径350 m的曲线上,与TB60钢轨型面匹配相比,3种车轮踏面与60N钢轨型面匹配时轮轨最大接触应力最多减小384.9 MPa,钢轨、车轮最大Mises应力最大减幅分别为40%,35%。城市轨道交通小半径曲线地段较多,采用60N钢轨型面可以明显降低曲线外股的接触应力,减少轮缘磨耗和钢轨侧磨,从而降低钢轨疲劳伤损。     

铁道车辆车轮外形的优化设计

介绍了基于轮轨接触几何特性,采用数值优化技术,设计车轮外形的方法.     

有轨电车轮轨型面匹配问题的研究

利用轮轨型面测量仪测量大量即将磨耗到限的车轮踏面和钢轨轨头型面(简称旧轮和旧轨型面),从中选取具有一般性的型面建立三维有限元模型,分别研究了新旧车轮与新旧钢轨配合接触问题。通过几种轮轨接触模型的计算,总结了不同模型的接触斑面积、形状、位置,以及接触力分布和等效应力的变化规律,并分析了旧轮和旧轨被挤压出飞边的原因。结果表明:新轮-旧轨接触模型的接触斑面积较小,等效应力较大,接触位置在轨顶的两侧,说明磨耗到限旧轮踏面被镟修成标准轮踏面形状的不合理性。旧轮-旧轨配合,与其他模型相比接触斑面积最大,轮轨匹配相对较好,因此,适应旧轨轨头型面的车轮踏面形状设计对于减缓轮轨磨耗具有重要的意义。     

轮轨接触区应力-变形状态的计算

介绍了用有限元模拟计算法评估车轮与钢轨在接触区应力-变形状态的程序和结果。     

轮轨与轮轮接触几何计算研究

对轮轨接触几何计算的迹线法进行了深入研究,给出了两种常用坐标系下‘迹线法’的正确计算公式.在此基础上,对轮轮接触几何关系进行了分析,结果表明:轮轮接触点计算并不能像轮轨一样缩减为一维搜索,只能由二维搜索得到,给出了一种简洁的轮轮接触二维搜索算法及公式;同时提供了一种快速搜索轮轨和轮轮接触点的编程方法.     

车轮外形设计的数值优化方法

介绍了一种根据既定的轮轨接触特性来设计铁道车辆车轮外形的数值优化方法。     

轮轨接触应力的有限元计算

为了得到精确的数值解,应用弹塑性理论及大型有限元软件ANSYS对轮轨接触应力进行了有限元计算,同时对建模、单元选择、网格划分、参数确定等计算过程进行了说明,得到了不同轴重(1t~30t)时轮轨塑性区尺寸、接触斑形状、Mises当量应力最大值及轮轨接触面压应力随轴重的变化规律。     

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。     

重载货车车轮踏面优化研究

对近期开发的基于法向间隙的车轮踏面优化方法进行改进,根据三维非赫兹滚动接触理论对轮轨间隙求解范围进行计算,使所求解的轮轨间隙具有实际的物理意义.针对我国重载货车车轮圆周磨耗严重的问题,对现有重载货车车轮踏面进行优化.利用车辆-轨道耦合动力学理论及三维弹性体非赫兹滚动接触理论对优化前后车轮踏面的静态接触性能及动态接触性能进行分析.结果表明:优化后轮轨界面之间可达到较好的匹配,且合理选择踏面不同区域的权数可同时保证车辆直线运行与曲线通过时的轮轨接触应力较小,从而达到有效降低轮轨磨耗的目的.     

不同轮轨型面匹配关系及其轮轨动力特性分析

根据轮轨空间动态耦合关系,对现有不同车轮踏面和钢轨型面的轮轨接触几何关系进行了分析。利用车辆/轨道耦合动力学原理,进行了不同轮轨型面匹配的动力学仿真分析,并根据仿真计算结果,提出了现阶段我国铁路重载运输最佳轮轨型面匹配建议。