高速車輪擦傷引起的瞬態(tài)響應(yīng)分析.pdf

1、車輪踏面擦傷是最早為人所知的車輪踏面損傷形式。時(shí)至今日，在高速、重載鐵路的迅猛發(fā)展的前提下，它依然是引起車輪不圓度的主要因素之一。通過(guò)建立三維瞬態(tài)有限元模型并引入三維擦傷幾何缺陷，本論文系統(tǒng)研究了車輪擦傷存在時(shí)的高速輪軌滾動(dòng)接觸和相應(yīng)的車輛—軌道高頻耦合動(dòng)力作用。
　　首先，簡(jiǎn)單介紹了高速車輪擦傷工程背景和文獻(xiàn)研究，指出了建立三維瞬態(tài)有限元模型研究擦傷的必要性。
　　其次，詳細(xì)介紹了所建立的考慮三維擦傷幾何的滾動(dòng)接觸有限元模

2、型。模擬采用LMa踏面的車輪與CHN60鋼軌在無(wú)缺陷條件下的瞬態(tài)滾動(dòng)接觸，通過(guò)對(duì)比廣泛為人接受的CONTACT滾動(dòng)接觸程序的解，從蠕滑力/率曲線角度完成了對(duì)模型的驗(yàn)證。
　　利用驗(yàn)證的有限元模型，第三章詳細(xì)分析了車輪擦傷處的瞬態(tài)滾動(dòng)接觸行為。發(fā)現(xiàn)帶擦傷車輪在不同速度下發(fā)生兩點(diǎn)接觸或輪軌脫離現(xiàn)象，且會(huì)伴隨瞬時(shí)全滑動(dòng)滾動(dòng)狀態(tài)。與基于剛體假設(shè)的動(dòng)力學(xué)建模相比，本模型考慮了輪軌的質(zhì)量分布及彈性變形，這使得所預(yù)測(cè)的車輪擦傷臨界速度大大提高。

3、
　　第四章中引入了實(shí)測(cè)的考慮應(yīng)變率效應(yīng)的彈塑性材料本構(gòu)關(guān)系，詳細(xì)分析了其對(duì)擦傷處瞬態(tài)滾動(dòng)接觸解的影響。相比彈性材料，彈塑性條件下擦傷邊緣處的等效應(yīng)力水平顯著降低。沖擊處考慮應(yīng)變率效應(yīng)的彈塑性材料存在的殘余應(yīng)力較光滑表面的結(jié)果低，或可對(duì)二次沖擊產(chǎn)生顯著的影響。
　　第五章考慮了隨相對(duì)滑移速度變化的摩擦系數(shù)對(duì)滾動(dòng)接觸解的影響，提出了一種通用的接觸斑粘著—滑移區(qū)判斷方法。結(jié)果顯示，相比庫(kù)倫摩擦函數(shù)，速度型摩擦模型會(huì)顯著地影響擦傷

4、引起的沖擊現(xiàn)象。
　　之后，在時(shí)、頻域內(nèi)研究了軸箱加速度隨擦傷幾何、運(yùn)行速度等參數(shù)的變化，為車輪擦傷的在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)提供特征信號(hào)與擦傷之間的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，這構(gòu)成第六章內(nèi)容。該模型所得的軸箱加速度結(jié)果的可靠性已在文獻(xiàn)中得以驗(yàn)證。相比光滑工況，車輪擦傷會(huì)激起兩個(gè)特征模態(tài)，其頻率分別為1099 Hz和1798 Hz，這在軸箱加速度信號(hào)中得到充分展現(xiàn)，且這兩個(gè)頻率的峰值會(huì)隨著擦傷尺寸的增加顯著提高。時(shí)域內(nèi)的最大軸箱加速度值和最大輪軌法向力