三维非赫兹滚动接触理论在轮轨滚动接触中的应用

应用Ｋａｌｋｅｒ的三维弹性体非赫弱滚动接触理论，将运动于直线轨道上的单轮对蠕滑率／力关系，建立在ＴＰＬＲ（非赫兹轮轨蠕滑力数表）中，分析了不同正压力所对应的蠕骨力值以及用表中的数值修正的蠕滑力值的精度。简单介绍了该表的使用方法。     

非赫兹接触轮轨蠕滑力数表TPLR的研究

本文介绍了直线轨道上单轮对运动状态蠕滑率和蠕滑力关系律数表的编制方法。数表中轮轨蠕滑率／力计算模型是非赫兹型的。     

非赫兹接触理论在货车轮轨接触应力分析中的应用

本文在对轮轨非赫兹接触计算程序进行开发的基础上,用该程序分析计算了我国货车作用21t、23t、25t 轴重情况下的轮轨接触应力、接触面积,并在 JD—1型轮轨模拟试验机上对非赫兹接触理论计算结果进行了试验验证。通过理论分析与计算结果比较得出:轮轨接触应力宜用非赫兹接触理论计算而不宜用赫兹接触理论计算。     

轮轨稳态滚动接触中的Hellinger—Reissner变分原理

以Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理为基础,应用摄动拉格朗日技术,将轮轨视为有限弹性体,推导出轮轨稳态滚动接触的Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理。为进一步数值方面精确计算轮轨中接触疲劳问题提供理论依据和计算基础。     

轮对摇头运动对轮轨滚动接触蠕滑率／力的影响

用数值分析方法分析了单轮对的摇头运动对其左右轮轨滚动接触斑上蠕滑率／力的影响。在轮轨滚动接触蠕滑率／力关系分析方面，利用了Ｋａｌｋｅｒ的三维弹性体非赫兹滚动接触计算模型。通过分析计算可知，轮对摇头角运动参量是影响轮轮之间横向蠕滑力的主要因素。     

基于mixed Lagrangian/Eulerian方法的轮轨滚动接触特性分析

为了缩短有限元方法显式计算轮轨滚动接触的时间,采用mixed Lagrangian/Eulerian方法建立了轮轨滚动接触有限元模型.应用该模型对轮轨接触区的单元进行细化,计算了列车在启动、运行和制动工况下轮轨的接触特性.计算结果表明:不同工况下,轮轨滚动接触区最大Mises应力、最大接触应力和接触斑面积等法向特性变化幅度均在2%以内,但接触区纵向截面中Mises应力分布及纵向剪切应力分布有较大变化;启动和制动工况下,最大Mises应力和最大纵向剪切应力位置均比自由滚动时更接近于轮轨表面;不同工况下,摩擦力大小和方向发生变化,在列车牵引和制动工况中,摩擦力达到极限时轮轨间出现完全滑动,摩擦力方向与滑动方向相反,且不同速度等级下的纵向摩擦力变化幅度也在2%以内.      

高速列车轮轨弹塑性滚动接触理论和数值方法的研究

课题组根据2004年度项目工作要点：在建立轮对和钢轨处于刚性约束条件下的运动方程和轮轨接触界面的滑动方程、建立二维弹塑性滚动接触理论模型、轮轨二维非稳态滚动接触条件下材料棘轮效应对轮轨滚动接触参与应力应变分析、二维滚动接触条件下滚滑温度分析计算、二维滚动接触条件下粗糙度和水膜对轮轨滚动接触影响分析等方面开展了研究。同时，     

中国轨道交通轮轨滚动接触疲劳研究进展

系统阐述了轮轨滚动接触疲劳损伤的分类、萌生机理、影响因素、引发后果及常用萌生预测模型等,总结了其复杂性的根源; 梳理了中国轨道交通系统近年来发生的各种轮轨滚动接触疲劳的相关研究成果,分别总结了高速铁路、普速铁路和地铁等系统轮轨滚动接触疲劳的基本特征、萌生机理及治理措施等; 展示了在局部和连续型滚动接触疲劳研究中,现场跟踪测试、现场试样失效分析、试验台试验、数值模拟及线路试验等研究方法的系统化应用及重要结果; 讨论了不同轨道交通系统滚动接触疲劳差异的根本原因及滚动接触疲劳各影响因素的相对重要性,并从现场治理和机理研究2个方面提出了展望。研究结果表明：高速动车组轮轨局部型滚动接触疲劳(月牙形裂纹)对运营安全的威胁可控,其重要源头之一是硌伤; 过大的接触应力和蠕滑率是引发轮轨连续型滚动接触疲劳的关键,其根本原因包括小半径曲线、轮轨失形、轮轨廓形与轨道曲线设计不合理、大坡度与起伏坡度、低黏着与增黏、频繁启停及轨道安装误差等,近10年来开始大量使用的大功率电力机车在复杂条件线路运行时,呈现的严重车轮滚动接触疲劳是上述影响因素综合作用的集中体现; 可行的滚动接触疲劳防治措施包括避免或及时修复严重硌伤、优化曲线段轮轨廓形匹配、优化轮轨镟修/打磨策略、加装或优化车轮研磨子、机车车辆定期调头运行、优化机车电气补偿与牵引制动控制、使用优质增黏砂、优化踏面制动和及时维护轨道与列车关键部件等,不同轮轨系统可根据其特点酌情选用; 从现场防治角度,应建立轮轨滚动接触疲劳的精确预测模型,并依此实现不同服役条件下的滚动接触疲劳无限和有限寿命设计及最佳轮轨维修策略制定; 从疲劳机理角度,应重点研究疲劳裂纹萌生的微观裂纹扩展机制和磨耗影响机制。     

机车自导向径向转向架轮轨接触特性

研究了三轴机车径向导向机构工作原理, 采用数值仿真的方法分析了机车径向转向架和常规转向架通过缓和曲线时轮轨接触特性。研究结果表明: 径向机构能够均衡前后轮对的导向力矩, 改善机车一系悬挂的受力, 有利于转向架构架向曲线径向方向摇头; 常规转向架导向轮对易发生轮缘贴靠, 产生较大冲角, 而径向转向架轮对能够在较大半径下维持较小的冲角, 导向轮对发生轮缘贴靠以后会削弱径向转向架的导向性能; 两种转向架轮对的蠕滑力分布规律一致, 导向轮对横向蠕滑力大于纵向蠕滑力, 第3轮对纵向蠕滑力大于横向蠕滑力; 横向蠕滑力的变化过程表现出强的非线性规律, 较小的冲角就会产生较大的横向蠕滑力。     

轮轨稳态滚动接触中的HellingerReissner变分原理

以ＨｅｌｌｉｎｇｅｒＲｅｉｓｓｎｅｒ 变分原理为基础,应用摄动拉格朗日技术,将轮轨视为有限弹性体,推导出轮轨稳态滚动接触的ＨｅｌｌｉｎｇｅｒＲｅｉｓｓｎｅｒ 变分原理。为进一步从数值方面精确计算轮轨中接触疲劳问题提供理论依据和计算基础     

短波波磨状态的轮轨纵向蠕滑力特性

为了对具有简谐波形的钢轨短波波磨进行分组与分析轮轨非稳态滚动接触的纵向蠕滑力特性, 引入了波磨深度指数与波长比, 采用Kalker三维滚动接触理论计算了车轮的纵向蠕滑力, 并与采用稳态滚动理论计算结果进行了对比, 使用频率响应的系统辨识法对纵向蠕滑力的波动分量进行了拟合, 在短波波磨等深度指数条件下, 用波长比的二阶传递函数描述了轮轨纵向蠕滑力的波动分量与稳态理论波动分量之间的关系, 使用传递函数, 由稳态纵向蠕滑力的波动分量计算了非稳态纵向蠕滑力的波动分量, 进而计算了非稳态的纵向蠕滑力。计算结果表明: 在小蠕滑条件下, 由Kalker三维滚动接触理论计算出的纵向蠕滑力的波动分量随着波长比的变化产生明显的幅值衰减和相位滞后, 波长比越大, 幅值衰减越大, 相位滞后越多, 而稳态滚动理论的计算结果与波长比无关。由传递函数和Kalker数值理论计算的纵向蠕滑力的时域波形、频域幅值谱和相位谱相同。     

地铁车辆轮轨型面匹配分析

为了分析地铁车辆常用的LM型踏面、内侧距1 358 mm和1 360 mm的S1002型车轮踏面分别与60 kg/m钢轨匹配特性.进行了轮轨接触几何、非赫兹滚动接触、车辆轨道耦合动力学计算.轮轨接触分析表明,LM轮轨接触点能够均匀分布于钢轨型面,轮对等效锥度随轮对横移呈增大关系,接触斑面积偏小、最大等效接触应力偏大、磨...     

车轮型面动态高速曲线通过性比较

为了有效选择高速车轮型面, 通过车辆轨道系统动力学仿真得到轮对高速通过曲线的运动状态, 利用运动状态参量进行三维轮轨接触几何特性与蠕滑率计算, 用Contact程序进行轮轨非赫兹滚动接触计算, 分析了LMa、S1002和XP55车轮型面高速曲线通过匹配特点。分析结果表明: LMa和XP55型面轮对运动参数曲线平滑, S1002型面出现大幅度波动, 并产生蛇行运动; 当轮对横移量为3. 0~3. 5 mm时, S1002型面轮轨接触点对产生约11 mm跳跃, 正好处于钢轨型面R300、R80 mm圆弧过渡区; S1002型面接触斑基本处于滑动状态, LMa型面接触应力最小, XP55型面接触应力最大。可见S1002型面与中国60 kg·m^-1钢轨不匹配, LMa型面匹配效果最理想, XP55型面匹配相对较好。     

轮轨接触的有限元研究

用有限元参数二次规划法来分析轮轨的接触问题，提出了研究轮轨关系问题的新方法；同时给出了用此方法计算轮轨接触区内力的结果，并指出了各接触点对的接触状态和受力情况．     

大型货车对线路动力影响的研究

基于轮轨系统耦合动力学原理，应用车辆一轨道垂向系统统一模型及计算机仿真软件，分析了大型铁路货车对线路的动力影响与危害，并讨论了宜所采用的车辆技术对策。通过对新设计的大型货车方案进行轮轨动力作用性能预测，论证了我国发展低动力作用大型货车运输体系的切实可行性。     

发展大运量低动力作用的轨轮运输系统

根据我国的实际条件及我国铁路的现状,应积极开展轮轨关系的研究,在我国发展大运量低动力作用的轮轨运输系统,以尽可能少的投入,确保铁路运能的不断提高及行车安全。文中并用系统工程的观点,对我国轮软系统研究中的一些主要问题进行了分析。      

表面不平顺对轮轨摩擦温度场的影响

为揭示轮轨表面破坏与摩擦温升的内在联系, 利用有限元和有限差分混合算法, 建立了轮轨滚动接触热耦合计算模型, 模拟轮轨滚动、滑动接触温升过程。模型中考虑了轮轨间非稳态热传导、与环境的热对流、热辐射, 针对轮轨光滑和不平顺两种接触表面情形, 分析了滚动、滑动工况下轮轨界面间的摩擦温升状态。计算结果表明轮轨表面不平顺能使经历短时间滑动的轮轨表面倾向于产生斑点状剥离, 长时间滑动与滚动工况下表面不平顺对温度场的影响可忽略, 滑动工况的温升较滚动工况的大。     

轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型

基于伽辽金变分原理, 利用有限元方法, 建立了轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型, 分析了轮轨摩擦热与钢轨接触区热膨胀位移、摩擦温度、应变和应力的关系。模型中温度场和位移场由耦合方程同时求解, 但没有考虑惯性项和材料阻尼的影响。分析结果表明: 耦合求解的温度场和位移场与非耦合求解的温度场和位移场的计算结果一致, 钢轨表面各点滑动位移的方向与车轮滑动方向一致, 垂向位移方向先负后正; 钢轨表面各节点进入接触区后, 温度快速上升, 但高温持续时间短; 在滑动方向上, 钢轨接触点先受压应变后受拉应变作用, 垂向受拉应变作用, 滑动方向压应力明显高于垂向压应力, 钢轨接触斑前后节点滑动方向应变符号相反; 垂向高正应变区主要集中分布在接触斑后半轴上, 最大剪应变与剪应力区在接触表层以下。     

货车采用不同轮径时轮轨接触应力分析

加大车辆轴重是提高铁路运输能力的重要方法，但这势必会引起轮轨接触应力的增加。本文从理论计算和实验分析两个方面，研究了加大车轮直径对改善轮轨接触应力的关系，计算及实验结果表明，将货车车轮直径由840mm加大至915mm是有利的。