车轮多边形磨耗机理的有限元研究

在车辆稳态通过小半径曲线和直线的条件下,建立由轮对一钢轨一轨枕弹簧组成的系统有限元弹性振动模型.在模型中,假设轮轨蠕滑力饱和且等于法向力与摩擦系数的乘积.钢轨和车轮在饱和蠕滑力作用下产生动力学耦合,当耦合关系比较强时,轮轨系统会出现弹性黏一滑振动.应用有限元软件ABAQUS分析该模型的运动稳定性,发现在一些条件下轮轨系统存在严重的频率不大于150Hz的黏一滑弹性振动.振动模态显示,在轮轨发生黏一滑振动时,车轮相对钢轨发生横向滑动,而轮轨系统的低频黏一滑振动是引起车轮多边形磨耗的原因之一.应用本文方法可预测在小半径曲线和直线线路运行的车轮的多边形磨耗.计算结果发现,当正确选择轨枕支撑弹簧刚度或当控制轮轨摩擦系数不大于0.27时,可抑制甚至消除车轮多边形磨耗.     

高速铁路接触网定位钩和定位支座失效分析

基于高速铁路接触网定位钩和定位支座的材料和服役工况,结合宏观、微观和有限元分析等摩擦学分析测试方法,对定位钩和定位支座进行失效分析。结果表明:定位钩与定位支座连接采用的钩环结构是导致它们在连接处磨损失效的根本原因;钩环结构导致连接处应力集中和局部应力值过高,从而使连接处的次表面材料在高应力的循环作用下萌生微裂纹并形成剥落,剥落的磨屑在摩擦界面被不断碾碎并产生犁削;此外,钩环结构导致定位钩和定位支座在连接处的磨损形式为恶劣的冲滑复合磨损,从而加速了钩环结构连接处的磨损。建议优化定位器与定位支座的连接结构形式、改善连接处的应力集中,可解决定位钩与定位支座的磨损问题。     

轮轴过盈配合面损伤分析及对策

轮轴过盈配合面的微动损伤常常导致车轴产生裂纹甚至断裂,为了避免以往用高压退轮的方法带来的2次损伤,采用原位剖切的方法,将车轴与轮毂配合分离来观察分析轮座表面损伤的基体特征。结合对配合面的显微观测和力学分析对损伤进行分析,结果表明:在复杂的载荷作用下,RD2型车轮与车轴轮座接触边缘发生复合微动,配合面的2个接触边缘存在一个宽度约20 mm环状磨损区域,并伴有微裂纹的形成,破坏特征完全符合微动疲劳磨损机制。评述和比较了现有的车轴抗微动损伤的措施,并提出了自己的建议,对深入研究车轴损伤机制及预防措施提供理论基础。     

载流摩擦磨损中不同放电现象的机理研究

在销盘摩擦磨损试验机上试验研究不锈钢/浸金属碳的载流摩擦磨损性能,并记录试验过程中的放电现象.试验结果表明,与电源阴极相连的销试样以火花放电为主,与电源阳极相连的销试样以电弧放电为主.不同放电的形式对销试样的磨损特性有明显的影响,且放电强度随着电流的增加而增强.分析放电现象的机理表明,摩擦副的振动、电源的极性、接触的面积和摩擦副的相对运动是造成上述2种不同放电现象的主要原因.通过对放电机理和磨损特性的研究,为城市轨道交通接触线一受电弓系统稳定运行,提出减小弓网离线放电的措施.     

确定性纹理表面特征高度对皮肤摩擦感知的影响

为了揭示人体触觉感知的基本机理和规律,首先通过机械物理学中的摩擦磨损分析,研究了确定性纹理表面特征高度对指尖皮肤摩擦行为的影响;其次通过心理学测试手段,得到与摩擦行为相关的认知成分P300的潜伏期与波幅;最后综合两者的测试结果,研究了指尖皮肤摩擦行为与触觉感知之间的关系. 研究结果表明:手指皮肤与粗糙度较大的确定性纹理表面摩擦接触时,摩擦力主要由黏着摩擦力、滞后摩擦力和互锁作用力组成;手指皮肤的触觉感知与摩擦作用有较强的相关性;表面织构粗糙度从0.1增加到0.4时,指尖皮肤变形量从2.356增加至2.941,手指皮肤变形造成的滞后摩擦与互锁作用越明显;纹理特征高度大的样本诱发的P300潜伏期小, 峰值大,感知明显,纹理特征高度小的样本与之相反,说明皮肤摩擦感知主要取决于与皮肤变形直接相关的滞后摩擦和互锁作用.      

不同岩石和围压下刃形对滚刀破岩性能的影响

滚刀位于全断面隧道掘进机（TBM）最前端，与岩石直接发生接触，是执行破岩掘进的关键零部件.研究TBM滚刀截面轮廓（刃形）对其破岩性能的影响机理和规律，对指导工程实际中滚刀选型与设计、提高TBM掘进效率具有重要意义.首先建立二维颗粒流离散元模型，针对工程中最常用的平头滚刀和圆弧滚刀，选取两种强度不同的岩石并对其中一种施加固定10 MPa围压；然后，开展滚刀破岩仿真，通过分析比能、破岩体积、刀具载荷、裂纹数量等结果，对滚刀刃形与岩石破碎的关联性进行研究；最后，通过缩比滚刀破岩实验验证数值分析所得结论的正确性.分析结果表明：滚刀刃形对其破岩性能影响显著，在本文所涉及参数范围内，对于多数岩石强度与围压组合，圆弧滚刀比能均低于平头滚刀比能，平均降低19.8%；圆弧滚刀破岩力比平顶滚刀破岩力平均低32.6%，表明破岩过程中圆弧滚刀做功较少，而二者产生的岩石碎片总体积相差不大（平均差值7%），则圆弧滚刀破除单位体积岩石所消耗的能量更少.综上所述，两种常用滚刀刃形相比，在岩石强度与围压较高的地层中可考虑优先选用圆弧滚刀.