基于接觸應力分析的重載鐵路鋼軌打磨型面優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、重載鐵路是當今鐵路運輸?shù)闹匾l(fā)展方向之一。作為交通運輸?shù)拇髣用}，其對社會經(jīng)濟的發(fā)展起著十分重要的作用。隨著重載列車運量不斷增大、軸重不斷提高，導致車輪與鋼軌之間的接觸應力增大的同時輪軌相互作用不斷加劇，鋼軌表面的損傷、病害等缺陷嚴重影響了列車的運行安全和鋼軌的使用壽命。車輪和鋼軌型面的匹配是否合理直接影響到輪軌間接觸應力的大小，因此降低輪軌間接觸應力的有效手段之一是對輪軌廓形進行優(yōu)化設(shè)計。目前鋼軌修型絕大部分情況下是通過鋼軌打磨實現(xiàn)的。

2、世界上主要的重載鐵路大國都非常重視重載鐵路鋼軌打磨的目標型面設(shè)計。通過對鋼軌打磨目標型面進行優(yōu)化設(shè)計來降低輪軌間接觸應力，實現(xiàn)重載鐵路擴能增效、延長鋼軌使用壽命等具有著重要的意義。
　　本文提出了一種基于輪軌間接觸應力分析的鋼軌打磨型面優(yōu)化設(shè)計方法。根據(jù)輪軌接觸幾何關(guān)系，使用APDL語言建立了輪軌接觸有限元參數(shù)化模型，基于該模型在輪對動態(tài)橫移范圍內(nèi)獲取了輪軌間最大接觸應力分布。以輪軌間接觸應力為優(yōu)化目標，建立了相應的鋼軌型面優(yōu)化方

3、法并編制了優(yōu)化程序。針對重載鐵路輪軌間接觸應力大，損傷嚴重等特點，使用該優(yōu)化方法分別對重載線路標準型和磨耗型75kg/m鋼軌進行了打磨目標廓形的優(yōu)化設(shè)計，得到了與給定車輪匹配的預打磨和修復性打磨的目標廓形。對優(yōu)化前后的輪軌接觸幾何性能以及接觸應力對比分析。結(jié)果表明，優(yōu)化后的鋼軌與車輪匹配顯著的降低了輪軌間最大接觸應力。為線路鋼軌的預打磨和修復性打磨目標型面的設(shè)計提供了指導，對預防鋼軌表面滾動接觸疲勞和延長鋼軌更換的周期等具有積極的意義。

4、論文的主要工作和結(jié)論如下:
　　(1)對國內(nèi)外車輪和鋼軌型面優(yōu)化方法以及鋼軌打磨技術(shù)的研究現(xiàn)狀分別進行了綜述。對鋼軌打磨目標廓形的優(yōu)化設(shè)計方法進行了總結(jié)。根據(jù)研究現(xiàn)狀提出了本論文研究的切入點、研究思路及技術(shù)路線。
　　(2)建立了直接以輪軌接觸應力為優(yōu)化目標的重載鐵路鋼軌型面優(yōu)化設(shè)計方法。基于輪軌接觸幾何關(guān)系，使用APDL參數(shù)化語言建立了輪軌接觸有限元參數(shù)化模型獲得鋼軌型面上不同位置處輪軌間最大接觸應力。建立了鋼軌廓形優(yōu)化方

5、法的數(shù)值算法?；谌S有限元接觸應力分析和鋼軌廓形優(yōu)化算法的聯(lián)合仿真建立了鋼軌廓形優(yōu)化設(shè)計的數(shù)值方法。
　　(3)提出了一種基于三角函數(shù)對鋼軌型面進行調(diào)整的方法，該調(diào)整函數(shù)易于控制廓形調(diào)整的深度和寬度，同時能夠保證鋼軌型面經(jīng)調(diào)整后廓形函數(shù)光滑可導。基于輪軌間最大接觸應力分布建立了鋼軌打磨目標廓形的優(yōu)化點位置、優(yōu)化寬度、優(yōu)化深度等參數(shù)的計算方法，定義了相關(guān)優(yōu)化系數(shù)，討論并分析了優(yōu)化系數(shù)對輪軌間最大接觸應力分布的影響。
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