The Kalker book of tables for non-Hertzian contact of wheel and rail

A new regularisation of non-elliptical contact patches has been introduced, which enables building the look-up table called by us the Kalker book of tables for non-Hertzian contact (KBTNH), which is a fast creep force generator that can be used by multibody dynamics system simulation programs. The non-elliptical contact patch is regularised by a simple double-elliptical contact region (SDEC). The SDEC region is especially suitable for regularisation of contact patches obtained with approximate non-Hertzian methods for solving the normal contact problem of wheel and rail. The new regularisation is suitable for wheels and rails with any profiles, including worn profiles.

The paper describes the new procedure of regularisation of the non-elliptical contact patch, the structure of the Kalker book of tables, and parameterisation of the independent variables of the tables and creep forces.

A moderate volume Kalker book of tables for SDEC region suitable for simulation of modern running gears has been computed in co-simulation of Matlab and program CONTACT.

To access the creep forces of the Kalker book of tables, the linear interpolation has been applied.

The creep forces obtained from KBTNH have been compared to those obtained by program CONTACT and FASTSIM algorithm. FASTSIM has been applied on both the contact ellipse and the SDEC contact patch. The comparison shows that KBTNH is in good agreement with CONTACT for a wide range of creepage condition and shapes of the contact patch, whereas the use of FASTSIM on the elliptical patch and SDEC may lead to significant deviations from the reference CONTACT solutions.

The computational cost of calling creep forces from KBTNH has been estimated by comparing CPU time of FASTSIM and KBTNH. The KBTNH is 7.8–51 times faster than FASTSIM working on 36–256 discretisation elements, respectively.

In the example of application, the KBTNH has been applied for curving simulations and results compared with those obtained with the creep force generator employing the elliptical regularisation. The results significantly differ, especially in predicted creepages, because the elliptical regularisation neglects generation of the longitudinal creep force by spin creepage.     

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在高速公路收费和清分过程中,由于新增的高速公路和收费站点特别是环型路段的增加使得原有的静态算法已经不适宜于现实情况。本文提出了高速公路中基于最短路径和环型路段的动态收费和清分解决方案,并给出了详细的基于环型路段的动态算法。环型路段问题解决后,可以判知车辆实际行车路线,从而大幅提高收费及清分的准确性和效率。     

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