钢轨错牙接头区轮轨接触的热弹塑性分析

为了探究钢轨错牙接头区轮轨滑动接触关系,利用有限元软件ANSYS建立了轮轨滑动接触热弹塑性二维有限元模型,分析了错牙高度、滑动速度以及常、变摩擦系数对轮轨间接触应力以及钢轨摩擦温升的影响.研究表明:轮轨间的接触应力、摩擦热、剪应力、等效应力以及等效塑性应变均随错牙高度增大而增大,错牙高度从1.6mm增加到1.8mm时剪应力、等效应力以及等效塑性应变急剧增大;轮轨接触应力等各值也随着滑动速度的增加而增大,在3m/s时存在速率突变;最大摩擦温升、剪应力、等效应力和等效塑性应变随摩擦系数的增大而增大,但轮轨接触应力则随摩擦系数的增加而减小.     

滚动方向改变对车轮钢摩擦磨损性能的影响

为改善滚动接触条件下车轮钢抵抗磨损的能力,使用滚动接触摩擦磨损试验机,测试了在过渡磨损和稳定磨损阶段改变滚动方向前后试样的摩擦因数和磨损率,使用扫描电镜观察了车轮试样的磨损形貌,使用激光共聚焦显微镜和扫描电镜观察了表层塑性变形形貌.结果表明:不同磨损阶段换向的试样在换向前后摩擦因数均在0.495左右,换向并不改变摩擦副的摩擦因数;试验后在过渡磨损阶段换向的车轮试样磨损率为16.09μg/m,在稳定磨损阶段换向的车轮试样磨损率分别为13.65μg/m和13.94μg/m,过渡磨损阶段换向对车轮试样抗磨损能力的提高程度低于稳定磨损阶段;车轮试样换向前的应变硬化程度越大,换向形成的波状结构的波峰位置越浅,表层组织的珠光体片层间距越小,换向后车轮钢的抗磨损能力提高越明显.     

钢轨三维弹塑性滚动接触应力

用有限元法建立了钢轨三维弹塑性滚动接触计算模型，分析钢轨材料屈服强度对钢轨残余应力和应变的影响．模型中考虑了钢轨的几何形状和边界条件，通过在钢轨表面反复施加移动赫兹法向压力和切向力模拟车轮的反复滚动作用．结果表明：最大等效塑性应变和剪应变均发生在钢轨接触表面，此处易萌生裂纹；钢轨接触表面附近材料塑性变形流线趋势与现场观测到的裂纹方向一致；钢轨材料屈服强度越高，材料的累积塑性变形越小，钢轨的最大残余应力越接近于表面．     

齿轮塑性变形失效的安定极限分析

为研究直齿圆柱齿轮优化设计中残余应力对齿轮材料塑性极限的影响,基于Hertz接触理论和齿轮局部坐标下的弹塑性接触模型,分析了直齿圆柱齿轮啮合过程中的弹性接触应力、残余应力及弹塑性接触应力.根据第三强度理论,导出齿轮材料在弹性状态下弹性极限约为简单拉压屈服极限的1.6倍;根据安定极限理论,考虑齿轮啮合过程产生的残余应力对齿轮材料的强化作用,得到弹塑性状态下齿轮接触的静力安定极限约为简单拉压屈服极限的2.3倍;与弹性极限相比,将静力安定极限作为齿面出现塑性变形的失效判据,齿轮材料的许用应力提高了约50%.     

基于响应面法的制动盘表面沟槽几何参数优化设计

制动盘是制动摩擦副的关键部件,频繁的制动导致制动盘表面高温疲劳失效、磨损剧烈.沟槽结构引起摩擦副接触状态的变化,对摩擦特性有重要影响.在制动盘表面设计沟槽结构并进行参数优化.通过响应面法,以沟槽的角度、宽度、密度为设计变量,制动盘表面的最大温度与最大等效应力为响应值,设计试验方案.通过对盘式制动器进行热机耦合有限元仿真,获得样本数据.建立回归模型,绘制等值云图,分析沟槽的角度、宽度、密度之间的交互关系对最大温度值和最大等效应力值的影响.以响应值最小为优化目标,通过罚函数寻优法求解.基于最优解对制动盘模型重构并进行仿真分析,结果发现优化制动盘的最大温度值、最大等效应力值比原模型明显降低,且与预测值较为相近,为制动盘表面结构优化设计提供一种新思路.     

材料属性对货车轴承密封罩过盈联接的影响

以352226X2-2RZ型货车轴承密封罩压装过程为例,采用有限元分析软件ABAQUS对其进行弹塑性分析,获得货车轴承密封罩过盈联接的塑性应变、最大接触应力和最大等效应力的变化规律,并进一步研究了材料属性(摩擦系数、弹性模量和泊松比)对货车轴承密封罩过盈联接塑性应变、最大接触应力和最大等效应力的影响规律,为货车轴承密封罩材料选择提供了一定的参考数据.     

CRH3车窗粘接强度试验工作车升降系统设计分析

为检测CRH3车窗粘接强度,设计了车窗粘接强度试验工作车,并借助ANSYS软件对升降系统关键部件的滚珠丝杠副进行受力分析.结果表明,滚珠丝杠副最大应力188.042MPa,小于所用材料许用应力值,满足强度要求;最大应变0.329,为弹性变形,满足刚度要求;丝杠丝母采用Gothic Arch式无间隙沟槽,刚度增强,最大接触应力12.66MPa,与理论计算值相当,接触应力沿滚道呈环形分布,满足接触强度要求;滚珠丝杠副三阶屈曲系数均大于2,试验工作车升降系统稳定性良好.     

车轴表面应力分析

为了提高车轴寿命,使车轴表面产生较大压应力,分析了50钢车轴表面残余应力变化规律,采用X射线法检测了车轴表层经过低温淬火和滚压后的轴向、周向和径向应力。测试结果表明,采用此方法后,车轴表面的残余应力大幅提高,最大增幅为556MPa,且应力分布均匀,说明此方法能够有效提高车轴的疲劳寿命。     

人字门船闸底枢摩擦副零件失效事故分析及材料研究

通过对人字门船闸钢对钢底枢摩擦副在安装过程中零件失效事故的分析,发现事故的主要原因是底枢摩擦副设计配合间隙偏小,加之机械加工工艺不当．造成零件表面波纹度不合格,从而加大了蘑菇头摩擦副的接触应力使之产生粘着磨损导致零件失效。     

动车组铝合金车体焊缝质量等级评价的应力因数计算方法

建立了某型动车组铝合金焊接车体的有限元分析模型，对焊缝部位进行简化建模，焊缝与实际存在的差异在等效结构应力计算中进行修正；基于标准BS EN 12663—1:2010分析了车体承受的载荷，采用Box-Behnken正交矩阵设计确定了车体的9个疲劳载荷工况；对车体有限元模型施加多轴载荷，分析了车体侧墙上的4条长焊缝部位的应力分布，确定了6个应力因数计算的关注点；采用名义应力法和等效结构应力法计算车体侧墙焊缝的应力因数，对比分析了2种应力分析方法。分析结果表明:2种应力分析方法在循环次数为1.0×107的许用应力范围不同，名义应力为16.40 MPa，等效结构应力为26.61 MPa；6个关注点的名义应力范围均小于其等效结构应力范围，得到的车体焊缝6个关注点的名义应力和等效结构应力的应力因数分别为0.33、0.25、0.50、0.49、0.76、0.62和0.23、0.24、0.39、0.45、0.61、0.48；针对同一焊缝的关注点，名义应力法计算的应力因数大于采用等效结构应力法计算的应力因数；名义应力法存在很大的分散性，导致应力因数偏大，而等效结构应力法物理意义更明确，计算的应力因数更为合理。      

基于表面构造的水泥混凝土道面抗滑模型

利用T10型测试车测试了某机场水泥混凝土跑道不同区段摩擦因数,利用照相法和特征描述法对道面不同尺度的构造进行了特征分析,基于测试结果,探讨了道面构造对其摩擦因数的影响规律,提出了基于构造特征参数的道面抗滑能力表达模型。根据对道面宏观、粗观和细观构造特征参数的相关分析,构建了基于构造特征的道面抗滑摩擦因数模型。研究结果表明:构造特征相近的道面,其构造深度为0.6～0.7cm时,摩擦因数为0.40～0.42;构造特征差异较大时,构造深度分别为0.70、0.78cm的区域,摩擦因数分别为0.43、0.75,构造特征对摩擦因数的影响不可忽视;基于道面构造特征的参数化分析,采用道面抗滑摩擦因数模型可定量分析旧道面抗滑性能。     

三维弹塑性轮轨滑动接触热机耦合分析

为提高轮轨滑动接触热响应分析的准确性,基于Johnson-Cook材料模型,充分考虑含摩擦因数在内多种材料属性的温度相关性、3种热传递方式和轮轨实际廓形,建立了全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型,采用完全耦合法对滑动接触状态下的轮轨进行热机耦合分析;研究了车轮以1 m·s-1速度沿钢轨滑行0.1 s时的轮轨温度场和应力场分布特性,分析了轴重、相对滑动速度对轮轨接触区温度场的影响,得到了热影响层深度、热影响层宽度、轮轨表层温度随轴重、相对滑动速度的变化关系。分析结果表明:轮轨最大等效应力发生在次表层接触斑中心处,车轮表层最高温度发生在接触斑后半部分中心处,车轮表层最高温度为848 ℃,钢轨表层最高温度为768 ℃,钢轨表层最高温度低于车轮表层最高温度;轮轨热影响层很薄,车轮热影响层深度约为4.22 mm,钢轨热影响层深度约为3 mm;轮轨热影响层深度随轴重增大无明显变化,而宽度随轴重的增大而增大,轮轨热影响层深度随相对滑动速度的增大而减小,而宽度随相对滑动速度增大无明显变化,轮轨表层温度随轴重和相对滑动速度的增大而增大,且相对滑动速度对轮轨热响应影响更大。全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型及热机完全耦合法能够更加准确地预测轮轨滑动接触热响应,对合理开展轮轨热损伤和热疲劳研究具有重要意义。      

地铁直线段轮对横移量对轮轨磨耗的影响

利用轮轨型面测量仪对北京地铁六号线轮轨型面进行现场实测,采用样条曲线拟合方法获得并选取磨耗轮轨型面,利用有限元分析软件ABAQUS建立四组轮轨三维有限元模型,计算并分析了不同轮对横移量下轮轨间接触斑和最大等效应力分布状态,研究轮对横移量对直线段轮轨磨耗的影响,分析结果表明:地铁直线段不同轮对横移量下标准轮轨接触斑较规则,多数非标准轮轨接触斑呈"斑条"状,接触斑面积一般在轮对横移量-8、4和6 mm时较大;轮对横移量8 mm处,标准车轮与磨耗钢轨接触应力过大,钢轨轨距角处易产生应力集中,发生塑性变形;不同轮对横移量下磨耗车轮/标准钢轨匹配接触斑面积较大,最大等效应力较小,对减缓轮轨磨耗十分有利.     

沥青路面整体模量对路面抗滑性能影响研究

抗滑性能是沥青路面质量控制的主要指标。为了分析沥青路面整体抗压回弹模量对抗滑性能的影响,基于一种新型路面摩擦因数测定仪,分别对柔性基层、半柔性基层、半刚性基层3种沥青路面进行了滚动摩擦和滑动摩擦试验,分析了路面结构整体模量、上部荷载、试验轮转速对路面摩擦因数的影响,在此基础上提出将沥青路面整体模量控制在1 300 MPa内以满足抗滑需求。     

轮轨热接触耦合效应的有限元分析

针对制动热应力问题,运用有限元直接耦合法,对车轮热接触工况进行了模拟,采用耦合方程同时求解温度场和位移场,研究了纯机械载荷工况和热接触耦合工况下轮轨应力分布与变化规律,分析了车轮及钢轨表层材料和次表层材料的变形、温度与应力之间的关系.分析结果表明:由于热应力的影响,车轮表面以下0～1 mm的表层区域等效应力最大值增大了...     

高速动车组弧齿锥齿轮齿面疲劳点蚀失效分析

为解决高速动车组弧齿锥齿轮齿面疲劳点蚀故障,统计了点蚀故障发生的位置,并对点蚀断口进行了宏观、微观分析.在此基础上,基于动车组实际运行工况编制齿轮载荷谱,按ISO 10300-2-2001标准分析了齿面接触应力,利用试验台进行多工况加载试验,获得了接触面积的变化规律和趋势;确定了等效载荷扭矩下,接触区域当量圆柱齿轮与齿宽中点法线当量圆柱齿轮的赫兹接触线长度和分度圆直径,并分析了齿面接触应力与接触面积间变化规律.研究结果表明:在变载荷运行工况下,从动齿轮锥齿小端凹面为常接触区域;在等效扭矩载荷下,实际接触区域偏离齿宽中心线,当量接触线长度和分度圆直径小于理论计算值时,实际接触应力（972.23 MPa）大于理论接触应力（777.26 MPa）,将等效扭矩载荷下齿轮凹面接触区域调整到齿宽的中部是解决齿轮点蚀故障的有效措施.      

尖轨几何参数对轮轨弹塑性接触的影响

为研究尖轨几何参数对尖轨磨耗的影响,以轮轨型面测量仪在大秦线上测得的数据为基础,建立三维弹塑性接触有限元模型,研究LM型货车车轮与CHN75钢轨12号单开道岔曲线尖轨接触问题,详细的分析了不同轨底坡和尖轨轨头型面等多种工况下车轮与尖轨接触等效应力和接触斑变化.计算结果表明,1∶40轨底坡尖轨最大等效应力在不同位置变化波动较小,且应力值较小,更有利于LM踏面和尖轨接触时降低接触应力,减缓尖轨磨耗;型面改进优化后的尖轨各个位置接触斑面积得到大幅度提高,部分位置接触应力降低,很大程度上降低了滚动接触疲劳伤损和尖轨磨耗.计算结果为尖轨几何参数优化及设计,减轻尖轨磨耗,延长使用寿命提供了参考依据.     

悬索桥CFRP主缆与鞍座间摩擦学性能试验研究

为探讨悬索桥CFRP(碳纤维增强塑料)主缆在鞍座处的摩擦学性能,对CFRP主缆与鞍座的接触几何关系、摩擦接触特征进行了理论分析;基于摩擦因数的相关计算公式,对各影响因素进行了参数分析,据此设计不同参数进行了静力试验.理论分析与试验结果表明:CFRP主缆与鞍座间的摩擦因数对鞍槽表面粗糙度、CFRP丝种类较敏感,受平均径向接触压力的影响较小;热挤成型的微压纹CFRP主缆与鞍座间的摩擦因数受磨屑膜的影响较小,摩擦学性能较优,冷拉成型的光圆CFRP主缆与鞍座间的摩擦因数随磨屑膜的出现而降低;微压纹、光圆CFRP主缆与鞍座间的摩擦因数分别约为0.5和0.3,抗滑移性能满足设计规范要求.     

改善轮轨接触状态的车轮型面几何设计方法

改进了车轮型面设计方法,给出了设计方法的解析数学表达式,将轮对等效锥度与轮轨型面接触状态联系起来,对设计实例进行了轮轨几何接触、非赫兹滚动接触和车辆动力学性能分析.研究结果表明:轮轨接触点能够均匀分散分布;由于接触斑面积增大约23%,最大接触压力降低约21%,使轮轨滚动接触应力降低了约20%;装备实例型面的车辆临界速度...     

大跨径简支箱梁现浇施工方案探讨

以郑万高速铁路ZWZQ-5~ZWZQ-6标段桥梁工程为例,对32m大跨径简支箱梁施工方案进行探讨。结果表明,充分考虑施工现场环境和技术经济性的情况下,应选用钢管柱+贝雷梁支架现浇法进行简支箱梁浇筑施工,并重点对支架预压进行理论计算和现场试验分析;贝雷梁理论计算最大扰度为49.62mm,实测最大扰度值为111mm,贝雷梁、横梁以及钢管立柱的理论最大应力分别为86.5MPa、 99.65MPa和59.52MPa,实测最大应力分别为126.5MPa、128.2MPa和63.2MPa;贝雷梁受制造加工误差的影响,扰度变形过大,但应力仍处于安全范围内,工字钢横梁可能发生塑性变形,须对其进行加固处理。