动车组轴盘温度场及应力场数值模拟分析

以CRH2型动车组轴盘制动系统为雏形,基于摩擦功率法研究了轴盘热载荷计算方法及边界条件的确定。依据能量守恒法简化计算施加于制动盘体表面的热流密度,确定出列车紧急制动情况下平均强迫对流换热系数和平均自然对流换热系数的函数曲线关系。于ANSYS软件中模拟出CRH2型高速动车组紧急制动情况下轴盘制动盘的温度场分布和应力场大小。结果表明在制动过程中列车制动盘在开始制动瞬间表面温度迅速上升,当达到某一峰值后缓慢下降,直到制动停车。制动开始后盘体热应力急剧上升,然后随着速度逐渐降低得到缓解释放。     

风电盘式制动器制动闸片磨粒磨损仿真分析

针对风电制动器制动过程中制动闸片产生的摩擦磨损,借助有限元方法对制动过程中制动闸片的磨粒磨损进行有限元仿真.将制动盘/闸片相互作用的磨粒磨损过程简化为磨粒压入、滑移、卸载三个阶段,并根据磨损机理的不同将磨粒分为划擦型磨粒和刻划型磨粒.借助Rabinowicz单磨粒磨损模型分别推导出制动盘/闸片磨损过程中磨损量和划擦力的计算模型,并基于ABAQUS有限元软件分别对划擦型磨粒和刻划型磨粒制动过程中产生的磨粒磨损进行有限元仿真分析验证单磨粒磨损量和划擦力计算方法.     

风电盘式制动器制动闸片磨粒磨损仿真分析

针对风电制动器制动过程中制动闸片产生的摩擦磨损,借助有限元方法对制动过程中制动闸片的磨粒磨损进行有限元仿真.将制动盘/闸片相互作用的磨粒磨损过程简化为磨粒压入、滑移、卸载三个阶段,并根据磨损机理的不同将磨粒分为划擦型磨粒和刻划型磨粒.借助Rabinowicz单磨粒磨损模型分别推导出制动盘/闸片磨损过程中磨损量和划擦力的计算模型,并基于ABAQUS有限元软件分别对划擦型磨粒和刻划型磨粒制动过程中产生的磨粒磨损进行有限元仿真分析验证单磨粒磨损量和划擦力计算方法.     

高速铁路钢轨擦伤形成影响因素

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...     

高速列车紧急制动距离的探讨

通过对国内外高速列车紧急制动距离及紧急制动减速度的对比、计算、分析,提出我国高速列车制动初速为300 km/h时的紧急制动距离建议.     

车载紧急制动触发曲线计算模型分析

列车安全防护曲线计算是车载ATP的关键技术之一。IEEE1474．1^TM标准规定ATP安全制动曲线由紧急制动曲线和紧急制动触发曲线组成。紧急制动触发曲线的速度能够保证列车在侵犯该速度时能在目标点前停车,以保证行车安全。分析CBTC控车模式下,列车从超速、制动到完全静止过程中能量的转移关系,并利用能量守恒原则建立紧急制动触发曲线的计算模型。仿真结果表明,提出的计算模型满足IEEE1474．1^TM中的相关要求,具有一定的实际借鉴意义。     

北京地铁10号线制动热响应分析与评估

针对城轨列车转向架基础制动方式,对踏面制动热流密度进行推导,建立了车轮制动过程瞬态温度场和应力场三维有限元模型,重点分析了城轨列车在两次紧急制动和全程往返制动两种极端情况下,车轮踏面温度和热应力变化规律.车轮踏面所受的应力是垂直载荷、横向载荷和热应力综合作用的结果,适用于Hertz接触理论,机械载荷对车轮踏面的作用效果采用Hertz接触应力来衡量,根据温度和热应力模拟结果,评估了城轨列车车轮的服役安全性,为发展城轨列车的制动方式和制动技术提供了比较可信的理论分析方法.     

基于ANSYSWokbench的车轮热容量分析

为了真实模拟地铁车辆在整个运营时踏面制动过程中温度场的分布情况,采用ANSYSWorkbench软件建立某地铁车辆的车轮热容量计算模型,采用热流密度法,分析地铁车辆在一个往返运行过程中车轮的热容量情况．结果表明,地铁在频繁启动制动过程中造成热量积聚,从而导致车轮温度升高,车辆运行至6457．7s时,车轮最高温度达到446．88℃;并给出最高温度时刻车轮的温度场分布,分析结果为车轮安全性设计以及进一步研究提供依据．     

恶劣工况下货车高摩合成闸瓦磨损分析

采用热-结构顺序耦合法对货车用高摩合成闸瓦在不同工况下的紧急制动和长大坡道调速制动进行仿真分析,并结合相关标准判定闸瓦是否满足制动要求;对相同工况下不同磨耗程度的闸瓦温度场进行曲线拟合,计算闸瓦在不同工况下的磨耗量.结果表明,仿真较真实地反映了整个制动过程中闸瓦的瞬态温度和应力变化情况、拟合曲线和原曲线具有较高的重合度、工况越恶劣闸瓦每万公里的磨耗量就越大,最大值达到21 mm/万km.     

重载列车制动管路对制动性能的影响

应用流体动力学理论, 建立了重载列车制动管路模型与分配阀模型, 求解了制动管路和边界点的动力学方程, 仿真计算了制动过程中的制动系统性能, 分析了列车主管和支管长度对制动系统性能的影响。分析结果表明: 当列车主管长度由13.24 m增大为17.24 m时, 在常用制动下, 列车管路减压时间增大了30.75%, 制动缸升压时间增大了20.45%, 主管长度对常用制动的影响要强于对紧急制动的影响; 当列车支管长度由0.50 m增大到5.00 m时, 在常用制动下, 列车管路减压时间增大了6.63%, 制动缸升压时间增大了5.22%, 支管长度对常用制动和紧急制动影响程度差别不大。列车制动管路长度增大降低了列车制动管路减压速度与制动缸升压速度; 列车主管长度对制动性能的影响要明显大于列车支管长度的影响, 车辆位置距机车越远影响越明显。     

基于CAE分析的热锻模具磨损部位预测及验证

为更加精确地对模具进行表面局部强化,采用DEFORM-3D建立了某汽车用吊耳零件的热锻造过程仿真模型,对热锻过程中坯料流动状态、热锻过程载荷变化、模具温度场、应力场以及磨损量进行了分析,并通过模具实际温度测量和失效模具的磨损情况调查分析验证了仿真模型的准确性.研究结果表明,模具工作时的综合应力并未超过相应温度下模具材料...     

动车制动盘温度场和热应力场的耦合分析

随着高速列车运行速度的不断提高,紧急制动时制动盘的温度急剧增加,对其性能要求越来越高.根据传热学原理建立了高速列车动车制动盘的热-结构耦合模型,利用ANSYS软件对350 km/h动车组动车制动盘在紧急制动工况下的温度场和热应力场进行耦合仿真分析.结果表明:在57 s左右时,温度达到最大值418℃,满足锻钢对温度性能的...     

兆瓦级风电制动器热-结构耦合仿真研究

针对大兆瓦风电制动器制动过程,考虑制动摩擦副作用区域宽度及其影响下的线速度径向差异,提出速度梯度循环法,对制动过程摩擦副进行热-结构耦合分析.基于ANSYS软件建立制动器摩擦副三维瞬态传热有限元模型,运用速度梯度循环法推导出热流密度的加载式,用以计算制动过程中产生的摩擦热流,对制动区域温度场进行数值模拟.从分析结果表明制动闸片摩擦区域温度分布在制动盘径向呈现弧度明显的等温分布,温度梯度随半径增大而增大.以速度梯度循环法将热分析结果代入结构场对闸片摩擦区域受力及变形进行耦合分析并预估其磨损状况.通过与传统均匀加载方法对比发现使用速度梯度循环法的分析结果与实际更为接近.所提出的分析方法为模拟大尺寸盘式制动器的摩擦制动过程提供参考.     

基于有限元方法的高速变轨距转向架车轴磨损分析

针对高速变轨距转向架在运用过程中出现的车轴异常磨损问题,分析了造成车轴异常磨损的原因。基于Archard理论模型,推导了变轨距转向架车轴表面磨损量的计算公式;运用有限元方法,利用HyperMesh与ANSYS软件联合仿真,建立车轴-滑动轴承的有限元分析模型,研究了垂向载荷、车轴-滑动轴承间隙配合值对车轴磨损量的影响。变轨距列车时速为250 km/h时,计算结果表明:垂向载荷以及车轴-滑动轴承间隙配合值越大,车轴表面磨损也越严重;当车轴-滑动轴承间隙配合值为0.15 mm且车轴端部受到垂向载荷110.31 kN作用时,列车运行30万km后车轴的表面磨损量最高达0.480 mm。     

压剪型城轨弹性车轮分析研究

为研究城轨车辆运行过程中轮轨接触温升对弹性车轮的影响,通过建立弹性车轮轮轨三维热接触耦合有限元模型,采用整体输入热流和对流换热的计算模型为基础的传热计算方法,分析车辆在设计时速100 km.h-1运行和全滑制动、蠕滑制动、运行三种工况下对弹性车轮附近温度分布,结果表明弹性车轮在滚滑制动和长时间平稳运行过程中,弹性车轮各部件的平衡温度均在材料的许用温度范围内;当车辆在高速紧急制动全滑过程中,轮轨温度急速增加,将导致踏面磨损并加速车轮弹性元件老化。     

发动机制动失效的坡长临界值计算

为有效降低连续长下坡路段汽车交通事故率,增强车辆行驶的主动安全性,研究了在发动机制动下汽车下坡制动失效的坡长问题,通过在汽车试验场进行汽车平路制动试验,测得汽车紧急制动时制动鼓温升变化数据,以最小二乘法建立了汽车主制动器制动鼓温升模型,推导了在山区不同长纵坡路段,发动机制动下汽车主制动器制动失效的坡长临界值。计算结果表明在5%坡道上,维持40 km.h-1的安全稳定车速,采取Ⅲ档发动机制动时,汽车主制动器制动失效的坡长临界值前轮为15 263 m,后轮为12 368 m,既满足了行驶的距离要求,又满足了运行速度要求,是一种可行的安全下长坡驾驶方式。     

钢轨磨耗型波磨计算模型与数值方法

分析了国内外铁路钢轨波浪形磨损理论模型,提出了车辆轨道垂、横向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和钢轨材料摩擦磨损模型为一体的钢轨磨耗型波浪形磨损计算模型,发展了相应的数值方法。模型中车辆结构和轨道下部结构被简化成等效的质量、弹簧和阻尼系统,钢轨用Euler梁代替,并考虑它的垂向、横向弯曲变形和扭转变形,利用修改的Kalker三维弹性体非Hertz滚动接触理论和相应的数值方法计算轮轨蠕滑力和摩擦功,假设材料单位面积磨损量正比于轮轨接触面摩擦功密度。利用该模型和相应的数值方法分析了几个磨耗型波磨情况,结果表明该模型可以模拟轨道多种缺陷(轨缝、扁疤、凹坑、轨枕间距、随机不平顺等因素)引发的钢轨磨耗型初始波磨和发展规律,可以模拟由于钢轨在机械加工或打磨过程中形成的初始波磨的演化过程,可以通过改善轨道特性来消除或减少波磨的发生和发展。     

地铁列车空气制动系统仿真模型

分析了地铁列车空气制动系统工作原理与构成,研究了容性、阻性和感性单元三类基本气动元件建模原理,根据相似性原理,通过AMESim软件建立了地铁列车空气制动系统仿真模型,介绍了空重车阀、EP单元、中继阀等部件建模过程,并对仿真参数进行了分析.研究了常用制动、紧急制动和阶段制动工况下制动缸压力与Cv压力变化特性,并进行了试验台对比验证.分析结果表明:在常用、紧急制动时,Cv压力比制动缸压力响应快,最大延时不超过0.5s,稳定时两者压力相等;紧急制动时制动缸压力上升至定压的时间小于1.5s,常用制动时小于2.2s;阶段制动时制动缸压力与Cv压力跟随性较好.试验中制动稳定后Cv压力比制动缸压力高约15 kPa,由中继阀内部橡胶件阻尼作用引起,该误差不影响中断阀正常使用.     

制动充气时间对快捷列车纵向冲动影响研究

利用空气制动和纵向动力学联合仿真程序,采用了KZ1空气制动系统和胶泥缓冲装置,建立了P160D快捷货车组成的快捷列车模型,计算紧急制动下不同制动缸充气时间对不同装载状态快捷列车纵向冲动的影响.结果表明,紧急制动距离随着制动缸充气时间延长而增大;满载、空载快捷列车和空重混编快捷列车中最大车钩力、最大加速度随着制动缸充气时间延长而减小;不同制动缸充气时间下,满载、空载快捷列车和空重混编快捷列车的纵向车钩力小,车辆瞬时加速度大,快捷货运列车运行中需对加速度进行控制.     

桥上单元板式无砟轨道无缝线路的适应性

为研究适应连续梁桥上单元板式无砟轨道的最大温度跨度,采用有限元方法建立了线-板-桥-墩一体化计算模型,分析了在不同轨温变化幅度下,桥梁伸缩、墩顶水平位移及列车制动荷载对桥上单元板式无砟轨道无缝线路温度跨度限值的影响.研究结果表明:温度跨度限值随轨温变化幅度的增加而降低;为保证钢轨强度、横向压弯变形及钢轨与轨道板相对位移等满足要求,当考虑桥梁伸缩时,以轨温变化40 ℃为例,其适应的温度跨度限值为271 m;随着墩顶水平位移的增加,桥梁温度跨度限值显著降低,当墩顶位移为30 mm时,温度跨度为237 m,当高墩桥梁墩顶位移超过30 mm时,应结合实际墩顶位移计算温度跨度限值;制动荷载下线路坡度对温度跨度限值影响较小,当线路坡度为20‰时,桥梁温度跨度限值为258 m.