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轴重和钢轨波磨对轮轨滚动接触参数及疲劳寿命的影响

这是一篇关于轮轨滚动接触,滚动接触疲劳,有限元法相关方向的论文(附下载链接), 论文主要内容是近年来,随着我国铁路高速化及重载化的迅猛发展,列车轮对与钢轨之间的接触疲劳现象愈演愈烈。如果列车通过钢轨疲劳严重部位时,车体会因为钢轨疲劳发生高速抖动现象。如果不能及时发现并进行处理,会影响乘客的乘车舒适性...

轴重和钢轨波磨对轮轨滚动接触参数及疲劳寿命的影响论文-毕业论文

论文摘要

近年来,随着我国铁路高速化及重载化的迅猛发展,列车轮对与钢轨之间的接触疲劳现象愈演愈烈。如果列车通过钢轨疲劳严重部位时,车体会因为钢轨疲劳发生高速抖动现象。如果不能及时发现并进行处理,会影响乘客的乘车舒适性,甚至影响列车的运行安全性。因此,研究列车的轮轨接触关系以及接触疲劳问题对列车安全运行意义重大。通过现场调研发现,车辆轴重和钢轨波磨对钢轨疲劳的影响比较大。为此,通过搭乘高速综合检测车,采用钢轨型面测量仪实际检测我国国内某条高速铁路存在波浪形磨耗的钢轨区段,采集相关波磨区段几何参数的数据,并以此实测数据建立存在钢轨波磨的钢轨有限元模型,计算了不同的轴重下的钢轨应力应变情况,然后计算了不同参数对钢轨疲劳寿命的影响。本文具体的研究工作体现在以下几个方面:(1).首先,依据实际几何参数建立轮对、钢轨以及轨道板三维模型。其中踏面类型为LMA磨耗型踏面,钢轨为60kg/m,轨道板型号为CRTS-Ⅲ,轨底坡比例为1:40。轮轨滚动接触疲劳的关键区域主要位于接触部位,需将轮对和钢轨之间接触区域进行网格细化。在不影响计算结果准确性的前提下,采用划分过渡网格方式,从车轮-钢轨接触部位的细化网格过渡到轮辋部分的大网格,降低车轮及钢轨的网格数量,进而提高工作效率。(2)其次,基于有限元法建立轮轨滚动接触三维模型,并通过仿真计算得到车轮在钢轨上的滚动接触状态。本文重点研究了在稳定滚动接触时,列车轴重及单侧钢轨波浪形磨耗对轮轨接触的影响。计算结果表明:钢轨所受到的接触应力以及最大等效塑性应变随列车轴重的增加而增大,且钢轨最大接触应力应变均位于与车轮接触表面下方3mm左右处的次表面。(3)当钢轨存在波浪形磨耗(钢轨波磨)时,位于波浪形磨耗区段的钢轨所受接触应力和应变均大于正常区段。当车轮通过钢轨一侧波磨区段时,轮轨间发生振动导致不稳定接触,使得接触带呈波浪型。振动激发钢轨另一侧出现高速轮轨振动冲击,最终引起该侧钢轨出现与之对应的钢轨波磨。(4)最后,采用损伤函数来估算疲劳裂纹萌生寿命,通过轮轨滚动接触模型结果研究列车轴重以及存在单侧钢轨波磨对钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明:钢轨所受的接触应力应变随着轴重的增加,导致钢轨疲劳寿命呈现出逐步降低的趋势,但是降低速率逐步减缓;且钢轨波磨现象的出现会大幅度降低钢轨寿命。

论文结构与目录

    文章目录
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  •     1.1 研究背景及意义
  •     1.2 轮轨滚动接触与疲劳研究现状
  •         1.2.1 国内研究现状
  •         1.2.2 国外研究现状
  •     1.3 本文研究内容及意义
  • 第2章 轮轨滚动接触理论
  •     2.1 HERTZ接触理论
  •     2.2 CARTER二维滚动接触理论
  •     2.3 JOHNSON与VERMEULEN三维滚动接触理论
  •     2.4 KALKER接触理论
  •         2.4.1 Kalker线性理论
  •         2.4.2 Kalker简化理论
  •     2.5 有限元理论
  •     2.6 小结
  • 第3章 三维轮轨滚动接触有限元模型
  •     3.1 材料模型
  •     3.2 几何模型以及相关参数的确定
  •     3.3 三维轮轨滚动接触有限元模型的建立
  •         3.3.1 有限元网格的划分
  •         3.3.2 边界条件的施加
  •     3.4 小结
  • 第4章 不同因素对轮轨滚动接触影响仿真计算分析
  •     4.1 轴重对轮轨滚动接触的影响
  •         4.1.1 轴重对轮轨滚动接触应力分析
  •         4.1.2 轴重对轮轨滚动接触应变分析
  •     4.2 钢轨波磨对轮轨滚动接触影响
  •         4.2.1 钢轨波磨模型的建立
  •         4.2.2 钢轨波磨对钢轨滚动接触应力分析
  •         4.2.3 钢轨波磨对钢轨滚动接触应变分析
  •     4.3 小结
  • 第5章 三维轮轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命分析
  •     5.1 钢轨疲劳寿命研究思路
  •     5.2 疲劳裂纹萌生寿命预测方法
  •         5.2.1 应变-寿命法
  •         5.2.2 S-N曲线
  •         5.2.3 Fatemi and Socie(FS)模型和Smith-Watson-Topper(SWT)模型
  •         5.2.4 Jiang-Sehitoglu多轴疲劳裂纹萌生寿命预测模型
  •     5.3 不同因素对钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的影响
  •         5.3.1 轴重对钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的影响分析
  •         5.3.2 单侧钢轨磨耗对钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的影响分析
  •     5.4 小结
  • 结论
  •     结论
  •     展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 研究生期间发表论文

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