高速旋轉(zhuǎn)輪軸應(yīng)力分布及可靠性研究.pdf

1、高速鐵路具有巨大的社會(huì)效益，是現(xiàn)代鐵路發(fā)展的主要方向。中國高速鐵路正在快速發(fā)展，輪對(duì)作為高速列車的最重要走行部件，研究其高速旋轉(zhuǎn)走行下的輪軌接觸、彈性變形和應(yīng)力分布等具有重要意義。
　　輪對(duì)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是轉(zhuǎn)動(dòng)前進(jìn)，現(xiàn)有輪軌接觸動(dòng)力學(xué)研究工作一般將輪對(duì)的運(yùn)動(dòng)考慮為平動(dòng)。列車速度較低時(shí)輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)輪軌系統(tǒng)的影響可以忽略，但隨著列車運(yùn)行速度和輪對(duì)轉(zhuǎn)速不斷提高，車輪和轉(zhuǎn)軸的變形對(duì)車輛運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性影響越來越明顯。為此，本文研究輪對(duì)高速旋轉(zhuǎn)

2、走行時(shí)輪對(duì)各部分應(yīng)力和形變規(guī)律，為高速輪對(duì)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化等提供理論依據(jù)。
　　采用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA，在建立LMA型標(biāo)準(zhǔn)車輪、標(biāo)準(zhǔn)UIC60kg/m鋼軌三維有限元模型基礎(chǔ)上，論文對(duì)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下輪軌接觸進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得到輪軌接觸應(yīng)力、轉(zhuǎn)軸撓度和輪對(duì)形變量隨轉(zhuǎn)速的變化等規(guī)律，并在利用動(dòng)力學(xué)分析軟件SIMPACK建立彈性輪對(duì)模型基礎(chǔ)上對(duì)輪對(duì)彈性變形等進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，驗(yàn)證了ANSYS/LS-DYNA部分計(jì)算結(jié)果的正

3、確性。
　　研究結(jié)果表明:(1)隨著輪對(duì)運(yùn)行速度提高，輪軌之間沖擊作用越來越強(qiáng)烈，鋼軌發(fā)生橫向、垂向和翻轉(zhuǎn)振動(dòng)，且轉(zhuǎn)速越高輪軌系統(tǒng)振動(dòng)越明顯;(2)隨著輪對(duì)轉(zhuǎn)速提高，接觸斑面積和接觸應(yīng)力不斷變大，接觸斑上黏著區(qū)和滑動(dòng)區(qū)邊界明顯，踏面接觸斑位置向輪緣方向移動(dòng);(3)高速旋轉(zhuǎn)工況下，最大應(yīng)力發(fā)生位置在轉(zhuǎn)軸縱向前、后面上，彈性軸中心表面應(yīng)力和撓度隨轉(zhuǎn)速線性增加，轉(zhuǎn)軸彎曲變形近似呈現(xiàn)拋物線形，且輪對(duì)橫向幾何尺寸緩慢增加;(4)與無不平衡量