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全轮对曲线通过时的瞬态滚动接触行为模拟研究

许黎明 刘超 赵鑫 温泽峰

许黎明, 刘超, 赵鑫, 温泽峰. 全轮对曲线通过时的瞬态滚动接触行为模拟研究[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 203-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0593
引用本文: 许黎明, 刘超, 赵鑫, 温泽峰. 全轮对曲线通过时的瞬态滚动接触行为模拟研究[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 203-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0593
XU Li-ming, LIU Chao, ZHAO Xin, WEN Ze-feng. ANALYSES OF TRANSIENT WHEEL-RAIL ROLLING CONTACT BEHAVIOR DURING CURVING[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 203-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0593
Citation: XU Li-ming, LIU Chao, ZHAO Xin, WEN Ze-feng. ANALYSES OF TRANSIENT WHEEL-RAIL ROLLING CONTACT BEHAVIOR DURING CURVING[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 203-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0593

全轮对曲线通过时的瞬态滚动接触行为模拟研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0593
基金项目: 国家重点研发计划项目(2016YFB1200501-005);国家自然科学基金项目(51675444);四川省国际科技合作与交流研发项目(2017HH0038);牵引动力国家重点实验室自主课题项目(2017TPL_Z06)
详细信息
    作者简介:

    许黎明(1994-),男,安徽人,硕士生,主要从事轮轨滚动接触力学和轮轨损伤研究(E-mail:master_xuliming@163.com);刘超(1991-),男,江苏人,硕士,主要从事轮轨滚动接触力学和轮轨损伤研究(E-mail:liuchao910826@163.com);温泽峰(1976-),男,广西人,研究员,博士,博导,主要从事轮轨关系和减振降噪研究(E-mail:zefengwen@126.com).

    通讯作者: 赵鑫(1981-),男,山东人,副研究员,博士,硕导,主要从事轮轨滚动接触力学和轮轨损伤研究(E-mail:xinzhao@home.swjtu.edu.cn).
  • 中图分类号: U211.5

ANALYSES OF TRANSIENT WHEEL-RAIL ROLLING CONTACT BEHAVIOR DURING CURVING

  • 摘要: 采用显式有限元法建立了我国某地铁系统R300 m曲线段的全轮对三维轮轨瞬态滚动接触模型,在时域内数值模拟了轮对曲线通过时的瞬态滚滑行为,详细分析了自由轮对滚过无不平顺的光滑钢轨和单侧钢轨存在波磨时两侧轮轨间的接触力、接触应力、相对滑移和黏滑区分布及摩擦功等结果。相比以往直线轨道的半轮对和全轮对滚动接触模型,该模型将曲线超高、弯曲钢轨、轮对横移及侧滚等考虑在内。光滑轮轨的结果表明:以50 km/h通过曲线时(均衡速度50.42 km/h),外轨磨耗大于内轨,最大磨耗值约为内轨的3.1倍,且集中于轨距角附近;随着横移量的增大,外轨的接触力、接触应力及摩擦功会显著增大;这些与现场观测一致,初步验证了模型的可靠性。存在于单侧钢轨的短波波磨会引起两侧轨头摩擦功的波动,不仅会造成波磨侧轨面的不均匀磨耗,也会引发另一侧钢轨的轻微不均匀磨耗。该文计算工况下,波磨存在于内轨时引起的无波磨侧摩擦功最大波动幅值约为存在于外轨时相应结果的1.9倍,即内轨短波波磨能更有效触发无波磨侧萌生波磨;短波波磨无论发生在内轨还是外轨,两侧摩擦功波动幅值均在40 km/h~50 km/h间某速度下(略低于均衡速度)达到最小值,即波磨发展速率最低。
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-03
  • 修回日期:  2019-03-10
  • 刊出日期:  2019-11-25

全轮对曲线通过时的瞬态滚动接触行为模拟研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0593
    基金项目:  国家重点研发计划项目(2016YFB1200501-005);国家自然科学基金项目(51675444);四川省国际科技合作与交流研发项目(2017HH0038);牵引动力国家重点实验室自主课题项目(2017TPL_Z06)
    作者简介:

    许黎明(1994-),男,安徽人,硕士生,主要从事轮轨滚动接触力学和轮轨损伤研究(E-mail:master_xuliming@163.com);刘超(1991-),男,江苏人,硕士,主要从事轮轨滚动接触力学和轮轨损伤研究(E-mail:liuchao910826@163.com);温泽峰(1976-),男,广西人,研究员,博士,博导,主要从事轮轨关系和减振降噪研究(E-mail:zefengwen@126.com).

    通讯作者: 赵鑫(1981-),男,山东人,副研究员,博士,硕导,主要从事轮轨滚动接触力学和轮轨损伤研究(E-mail:xinzhao@home.swjtu.edu.cn).
  • 中图分类号: U211.5

摘要: 采用显式有限元法建立了我国某地铁系统R300 m曲线段的全轮对三维轮轨瞬态滚动接触模型,在时域内数值模拟了轮对曲线通过时的瞬态滚滑行为,详细分析了自由轮对滚过无不平顺的光滑钢轨和单侧钢轨存在波磨时两侧轮轨间的接触力、接触应力、相对滑移和黏滑区分布及摩擦功等结果。相比以往直线轨道的半轮对和全轮对滚动接触模型,该模型将曲线超高、弯曲钢轨、轮对横移及侧滚等考虑在内。光滑轮轨的结果表明:以50 km/h通过曲线时(均衡速度50.42 km/h),外轨磨耗大于内轨,最大磨耗值约为内轨的3.1倍,且集中于轨距角附近;随着横移量的增大,外轨的接触力、接触应力及摩擦功会显著增大;这些与现场观测一致,初步验证了模型的可靠性。存在于单侧钢轨的短波波磨会引起两侧轨头摩擦功的波动,不仅会造成波磨侧轨面的不均匀磨耗,也会引发另一侧钢轨的轻微不均匀磨耗。该文计算工况下,波磨存在于内轨时引起的无波磨侧摩擦功最大波动幅值约为存在于外轨时相应结果的1.9倍,即内轨短波波磨能更有效触发无波磨侧萌生波磨;短波波磨无论发生在内轨还是外轨,两侧摩擦功波动幅值均在40 km/h~50 km/h间某速度下(略低于均衡速度)达到最小值,即波磨发展速率最低。

English Abstract

许黎明, 刘超, 赵鑫, 温泽峰. 全轮对曲线通过时的瞬态滚动接触行为模拟研究[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 203-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0593
引用本文: 许黎明, 刘超, 赵鑫, 温泽峰. 全轮对曲线通过时的瞬态滚动接触行为模拟研究[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 203-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0593
XU Li-ming, LIU Chao, ZHAO Xin, WEN Ze-feng. ANALYSES OF TRANSIENT WHEEL-RAIL ROLLING CONTACT BEHAVIOR DURING CURVING[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 203-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0593
Citation: XU Li-ming, LIU Chao, ZHAO Xin, WEN Ze-feng. ANALYSES OF TRANSIENT WHEEL-RAIL ROLLING CONTACT BEHAVIOR DURING CURVING[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 203-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0593
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