Survey of programs on contact mechanics developed by J.J. Kalker

In his extensive career, Joost Kalker worked on many contact phenomena. For this, he developed various theories, which were accompanied by algorithms and computer programs. Most notably, these are the FASTSIM algorithm for quickly evaluating the nonlinear creep-force law in vehicle dynamic simulations, the CONTACT program for the exact theory of rolling contact in 3D elastic halfspaces, and the USETAB program that uses a large table calculated with CONTACT, in order to improve over the FASTSIM algorithm in speed, accuracy and versatility as well.     

汽车前保险杠系统模态分析中部件接触的研究

针对某车型前保险杠系统模态的有限元分析结果和试验结果进行了相关性分析,研究了吸能块和小腿保护杆与防撞梁和蒙皮的接触在前保险杠系统模态分析中的贡献量.探讨了接触对模态试验及模态有限元分析的影响机理.指出,在有限元模型中适当考虑接触,可显著提高计算结果的准确度,确保分析计算结果与试验结果的一致性.     

轮轨接触几何分析及其在Maple下的实现

为满足列车动力学仿真对轮轨接触点位置的精度要求,采用解析方法建立轮轨空间接触几何的约束方程组,并给出其在二维轮轨接触几何情形时的简化形式.以S1002车轮踏面和UIC60钢轨为例,基于符号计算平台Maple软件对该约束方程组进行求解,得到轮轨接触几何参数.结果表明:二维轮轨接触时的滚动半径差、接触角差、接触点在车轮踏面...     

上承式钢筋混凝土拱桥构造研究

为研究上承式钢筋混凝土拱桥构造对结构受力的影响,利用有限元方法分析某无砟轨道上承式钢筋混凝土拱桥拱肋厚度及腹拱跨度对结构受力的影响。通过计算分析得出采用增加拱肋厚度、减小腹拱跨度的方式,能有效改善局部受力,降低腹拱墩范围的应力水平使结构受力更为合理的结论。     

地震荷载作用下轮轨系统振动特性分析

为了分析轮轨系统在地震荷载激励下的动力响应,根据振动力学和有限元理论,利用ANAYS结构分析软件,建立三维轮轨系统接触的有限元模型,模型中考虑轮轨之间的实际接触状态,计算在地震荷载激励下的轮轨系统的振动特性。结果表明:地震荷载下轮轨接触应力是静力时的1.8倍,并且轮轨出现短暂的分离,接触区域的等效Mises应力有不同程度增大,车体加速度超出限值14.3%。     

列车蛇形运动状态下轮轨接触特性分析

为了分析列车在蛇形运动状态下轮轨接触区域的形状、面积、轮轨接触应力和Mises应力的特性,根据有限元理论并结合ANSYS有限元软件,建立包含一个轮对的轮轨系统有限元模型,计算分析轮轨接触特性与轴重和轮对摇头角之间的关系,计算结果表明:轮对摇头角对接触特性的影响不是很明显,而轴重和轮对中心横移量对轮轨接触斑的面积和形状有着显著的影响;接触斑的形状不同于用Hertz理论得到的椭圆形接触斑。     

高速铁路接触网系统地震响应分析

为研究高速铁路接触网系统地震响应特性,建立接触网系统4柱3跨有限元模型,计算Ⅳ类第三组场地类别,接触线张力为27、30 k N和33 k N工况下,接触网支柱及接触线在主震方向的地震响应,并与单柱模型计算结果进行对比。结果表明:接触网支柱在基础顶面处垂直线路方向初始弯矩随接触线增加而增加,顺线路方向初始弯矩和底部初始扭矩不受影响;接触网支柱及接触线在主震方向上地震响应随接触线张力增加而减小,在低频成分突出的地震作用中接触线张力影响效果比较明显;接触网系统柱线模型支柱地震响应远高单柱模型,建议接触网抗震设计中应充分考虑整体效应。     

Assessment of a semi-Hertzian method for determination of wheel–rail contact patch

Wheel–rail contact calculations are essential for simulating railway vehicle dynamic behavior. Currently, these simulations usually use the Hertz contact theory to calculate normal forces and Kalker's ‘FASTSIM’ program to evaluate tangential stresses. Since 1996, new methods called semi-Hertzian have appeared: 5 Kik, W. and Piotrowski, J. A fast approximate method to calculate normal load at contact between wheel and rail and creep forces during rolling. Paper presented at the 2nd Mini-conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems. July29–31, Budapest.  [Google Scholar] 7 Ayasse, J. B., Chollet, H. and Maupu, J. L. 2000. Paramètres caractéristiques du contact roue-rail. Rapport de Recherche INRETS n225, ISSN 0768–9756 (in French) [Google Scholar] (STRIPES). These methods attempt to estimate the non-elliptical contact patches with a discrete extension of the Hertz theory. As a continuation of 2 Ayasse, J. B and Chollet, H. 2005. Determination of the wheel–rail contact patch in semi-Hertzian conditions. Vehicle System Dynamics, 43(3) [Google Scholar], a validation of the STRIPES method for normal problem computing on three test cases is proposed in this article. The test cases do not fulfill the hypothesis required for the Hertz theory. Then, the Kalker's FASTSIM algorithm is adapted to STRIPES patch calculus to perform tangential forces computation. This adaptation is assessed using Kalker's CONTACT algorithm.     

路面接触非线性特性研究

考虑荷载作用下,沥青路面面层之间以及面层与基层之间,实际上可能处于接触状态。本文采用有限元技术对路面的接触非线性特性进行分析,结合高速公路的现场试验,比较表明,接触模型比层状体系模型更适合描述路面的力学特性。     

轴载、轮胎内压与轴载换算的研究

通过不同路面强度状态、不同轴载和不同轮胎压力下轮胎与路面接触压力和弯沉的测定,对以弯沉为指标的轴载公式的理论推导过程进行分析和试验验证,对轴载换算公式推导过程中存在的问题进行讨论。试验验证结果表明,轴载的增加对路面结构造成的损坏比轮胎压力的增加要严重的多。