复合载荷作用下轮轨接触特性有限元分析

侧风及弯道情况下的横向力对轮轨接触特性产生重要影响,从而影响轮轨的使用寿命。同时考虑轮轨所受的垂向力和横向力,建立轮轨接触有限元模型。轮轨的材料本构模型选择弹塑性,采用罚函数法模拟车轮和轨道之间的接触关系。对不同垂向力及横向力作用的轮轨接触进行有限元仿真,分析轮轨接触部位的接触变形、等效应力以及塑性应变等随垂向力和横向力的变化规律。结果表明：轮轨最大接触压力、接触斑面积、最大Mises等效应力和最大Mises等效塑性应变都随垂向力近似呈线性增加,但垂向力主要影响接触斑面积和最大Mises等效塑性应变;轮轨Mises等效塑性应变最大值随横向力的增加近似呈线性增长,且塑性变形主要集中在钢轨的接触部位。     

港口起重机车轮表面硬度对应力场的影响

利用ANSYS有限元软件建立轮轨接触的有限元模型。在不同载荷情况下,将表面硬度值对轮轨接触应力场的影响进行了分析和比较,得出载荷和表面硬度之间的关系。载荷小,应力值未超过屈服极限时,应增加表面硬度值,以提高车轮的抗磨损能力;载荷大,为保证车轮的抗疲劳性能,应降低硬度值以降低车轮内应力。     

车轮扁疤对轮轨冲击的影响分析

为探究列车车轮旧扁疤对轮轨冲击的影响规律,建立了考虑柔性轮对的高速动车刚柔耦合模型和有限元扁疤损伤接触模型。分析了不同位置分布的单或双扁疤对轮轨冲击的影响,以避免车辆运行状态下发生跳轨冲击,保证运营安全,并为高速动车组安全运行时车轮损伤限值确定提供依据。分析结果表明:旧单扁疤产生的轮轨垂向冲击力随车速的增大先增大后减小,在100 km/h处达到峰值;速度为100~200 km/h时,当双扁疤间隔70°以下时,第一旧扁疤对第二旧扁疤有增益作用,当间隔70°以上时,增益明显减少,可视作独立扁疤;当车轮存在长度为30 mm的双扁疤时,车轮发生跳轨后最大冲击应力可以达到1059 MPa。     

港口起重机轮轨接触应力有限元分析

利用ANSYS10．0软件进行轮轨弹塑性接触有限元分析。文章分别对点接触和线接触状态轮轨的弹性和弹塑性两种情况进行有限元分析,得出了轮轨间弹性接触和弹塑性接触应力的分布情况。接触点及车轮圆角过渡处应力较大,线接触较点接触的应力分布更平缓。     

Q235钢基体表面微晶玻璃功能梯度涂层接触应力的数值模拟

接触应力状态是涂层材料表层破坏、整体分层剥落的重要影响因素。运用有限元软件ANSYS对Q235钢基体表面TiN/LZAS微晶玻璃梯度涂层在法向静载下的接触应力进行了分析,建立了该复合涂层的有限元分析模型,通过比较有限元数值解和Hertz理论解,验证了有限元模型的可靠性,探讨了不同层数和层厚对涂层体系接触应力分布的影响。结果表明:涂层的径向接触应力和Mises应力的最大值均位于接触区域中心处,最大剪切应力位于接触中心附近;涂层层数和厚度对涂层表面径向应力、界面剪切应力和整体Mises应力均有明显影响。模拟分析的结果可以为该复合材料的设计和制备提供一定的理论依据。     

基于响应曲面法的盾构机单唇形铰接密封性能研究

为提升盾构机铰接密封性能和使用寿命,研究其密封机制及主要失效形式,使用ANSYS Workbench软件建立密封二维轴对称模型,基于响应曲面法分析各影响因子对密封性能的灵敏度和影响趋势,并进行油脂用量的量化研究。结果表明：影响因子的灵敏度由大到小依次为材料的弹性模量、润滑油脂压力、倾斜角度和密封油脂压力;通过合理构建背压能够提高密封的耐压能力;随着材料弹性模量的增大,密封最大等效应力和最大接触压力呈现线性增大;倾斜角度的增大会引起外侧密封压缩量减小,使最大等效应力和最大接触压力减小;材料弹性模量、倾斜角度和润滑油脂压力的交互效应对外侧密封最大接触压力的影响均较显著。对密封性能进行多目标参数优化,获得油脂压力的最优组合方案,为实际工程施工提供参考。     

闸片材料参数与制动盘温度关系

闸片材料参数不仅关系到摩擦副的摩擦磨损性能,也是影响制动盘温度分布的一个重要因素。采用ADINA软件,建立列车制动盘和闸片的三维热机耦合有限元模型,在制动速度100 km/h、压力0.538 MPa和惯量23 kg·m2条件下,研究闸片材料热膨胀系数、弹性模量、热传导系数对制动盘温度和接触压力的影响。结果表明:当闸片热膨胀系数从0.5×10-5 K-1增大到2.5×10-5 K-1时,制动盘峰值温度升高8.4%,最大接触压力增大47%,闸片热膨胀系数的增大加剧接触压力分布不均匀程度而使制动盘温度变化明显;弹性模量增大9倍,接触压力的分布对弹性模量不敏感,弹性模量对盘面温度影响不明显。闸片热传导系数增大7倍,制动盘峰值温度下降4.3%,热传导系数增大,加快热量的扩散速度使制动盘峰值温度降低,该研究结论可为高速列车闸片材料的开发提供参考。     

隔膜泵油缸V形圈的密封性能分析与结构优化

为提高隔膜泵油缸活塞的密封性能,以隔膜泵的活塞V形圈为研究对象,基于正交试验方法,利用ANSYS Workbench软件对不同结构参数的V形圈进行仿真。以最大Von Mises应力和最大接触压力为评价指标,讨论影响指标数值变化的主、次要结构参数,并对V形圈进行结构优化。结果表明：影响最大Von Mises应力的主要因素是唇外倒角和唇内边长;唇外倒角越大,最大Von Mises应力越大;而唇内边长过大或过小都会引起最大Von Mises应力的增加。影响最大接触压力的主要因素是唇外倒角、唇口内角和唇外边长;最大接触压力随唇外倒角的增加而增加,随唇口内角和唇内边长的增加呈下降趋势。优化后的V形圈最大接触压力减小6%,仍满足密封要求;最大Von Mises应力减小28%,密封性能显著提高。     

硬化处理对港口起重机车轮接触应力的影响

在建立港口起重机轮轨接触的三维实体模型的基础上,通过商业软件ANSYS建立了车轮材料不做硬化、部分硬化、全部硬化三种有限元模型。计算了这三种模型点接触和线接触两种轮轨接触模型的接触应力和接触面积,并与相应的赫兹理论值作对比。计算结果表明,当材料没有发生塑性强化时,由赫兹理论计算出的接触应力分布情况与数值模拟计算的结果吻合得很好;车轮硬化后的接触应力值比不做硬化的要小;部分硬化与全部硬化的计算值很接近。     

铸钢车轮加工工艺及力学性能分析

动车组车轮加工工艺是保证其制造质量的重要环节,铸钢车轮采用石墨模铸造成型,因其加工工序少,成本低,广泛用于机车车辆中。借助有限元理论分析了铸钢车轮的受力特性,研究发现:随着轴重的增加,轮轨接触应力会不断变大,当轴重超过13 t后,轮轨接触等效应力大于屈服强度,材料产生塑性变形,在外载的循环作用下,塑性变形累加会形成棘齿效应。     

高速列车车轮多边形磨耗的形成机理及影响因素探究

目的研究高速列车车轮多边形磨耗的形成机理以及轮轨系统结构参数对车轮多边形磨耗的影响。方法基于轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致车轮多边形磨耗的理论,建立了包含车轮、钢轨、轨枕和道床的实体模型,然后导入到有限元软件ABAQUS中,钢轨和轨枕之间采用点对点的无质量弹簧阻尼单元组进行模拟,轨枕和道床之间采用绑定约束连接,道床底部支撑采用点对地的无质量弹簧阻尼单元组。采用复特征值方法研究高速线路上发生制动滑动时轮轨系统的运动稳定性。结果在饱和蠕滑力的作用下,高速线路轮轨系统产生的不稳定振动频率为f=495.01 Hz,列车轮对容易产生18阶多边形磨耗。在一定范围内,扣件的垂向刚度对抑制车轮多边形磨耗影响较小,适当提高扣件的垂向阻尼,可以有效抑制轮轨系统的摩擦自激振动,从而达到抑制车轮多边形磨耗的目的。不同偏心形式对轮轨系统不稳定振动几乎没有影响。结论在高速线路上,列车制动滑动容易引起车轮多边形磨耗,适当提高钢轨扣件的垂向阻尼,可有效抑制车轮多边形磨耗。     

铁道车辆轮轨接触疲劳的影响因素

随着铁路客货运量的增大和列车速度的提高,使得高速铁路的轨道必然比普通线路具有更高的安全性、可靠性和平顺性,为保证轨道结构的这些要求,轨道各部件的力学性能、使用性能和组成为结构的整体性能都比普通轨道部件高,但在高速铁路轨道上仍然存在很多问题。目前,轮轨接触疲劳是最常见的轮轨问题,国内外许多学者对此做了研究。导致机车车辆轮轨接触疲劳的因素有很多,指出了当下一些常见的轮轨接触疲劳损伤形式,同时对滚动接触疲劳的影响因素进行了简要分析。为了研究疲劳损伤产生、发展的机理和影响因素,通过查阅大量资料,了解了各种常见损伤的产生和发展机理,并总结了在该领域的研究方向与热点,同时指出了当下高速铁路建设中存在的技术难题。结合轮轨接触疲劳的失效形式和磨损的特点,从材料对踏面的影响、高速与重载对轮轨接触疲劳的影响、润滑剂对轮轨裂纹增长的影响等方面,进一步提出预防和减缓钢轨接触疲劳损伤的具体措施。     

高速动车组车轮偏磨影响因素与限值研究

目的 高速动车组在运营过程中的轮轨磨耗严重威胁着运营安全和运营经济性,车轮偏磨对车辆的运行性能具有重要影响。探究高速动车组车轮发生偏磨的原因,从而提出对应的抑制措施。方法 通过实测数据,统计分析动车组偏磨问题和演化规律,并对不同车轮偏磨下的轮轨静态接触参数进行分析;建立高速动车组车辆模型和Jendel车轮磨耗模型,分析偏磨产生的机理和影响因素,主要从4个方面进行探究,包括左右轮表面硬度、左右侧转臂节点参数、线路分布和钢轨廓形的不对称性;通过建立轮对刚柔耦合模型,对不同车速下的车轮偏磨限值进行研究。结果 磨耗里程为200 000 km,当硬度差为0、5H、10H时,右侧车轮的磨耗深度分别为0.954、0.966、0.973 mm。当右侧转臂节点刚度减小为5 MN时,右侧车轮的磨耗深度减小了5%。当左右钢轨廓形不对称时,左侧车轮的磨耗比右侧的磨耗增大了15.8%。当速度为300、350、400 km/h时,轮径差限值分别为2.4、2.1、1.7 mm。结论 左右车轮的表面硬度、左右侧转臂节点参数、线路分布和钢轨廓形不对称性是引起车轮偏磨的主要诱因,在服役过程中需对影响车轮偏磨的车辆和线路参...     

分布位错法研究钢轨表面边缘直裂纹的力学行为

目的钢轨表面损伤机理较为复杂,因此进行相应的理论研究来探究其力学原理,为实际的工程应用提供理论依据。方法利用叠加原理将主问题分解成两个子问题,通过函数拟合得到轮轨接触力,基于弹性力学集中力的Flamant解求解子问题1,基于分布位错技术求解子问题2。进一步建立了两类关于位错密度的积分方程,利用Gauss-Chebyshev数值求积法解决位错密度的奇异积分方程,得到了相关的力学参量。结果得到了列车在含边缘直裂纹钢轨上运行时的最危险位置,以及张开部分裂纹长度和不同类型裂纹的尖端应力强度因子等。分析了不同轮重大小、列车运行状态(稳态滚动和全滑动)等因素对裂尖应力强度因子及张开裂纹长度的影响,还分析了列车运行中裂纹面的滑移等。结论列车稳态滚动于含初始边缘长裂纹的钢轨表面时,以剪切破坏为主,列车所处最危险位置是裂纹位于接触斑边缘附近;全滑动运行时,裂纹面上的应力大小和方向均会发生改变,导致裂纹面状态(张开或闭合)随之改变,裂纹较短时,钢轨表面容易发生沿深度方向的张开型扩展。     

基于概率统计方法对钢轨疲劳裂纹路径的研究

目的利用有限元软件ANSYS对车轮滚过裂纹过程进行分析,确定轮轨接触疲劳裂纹的扩展方向。方法基于最大周向应力判据,用概率统计的方法对车轮滚过裂纹过程中,不同角度初始裂纹可能的扩展角度进行分析。车轮滚过裂纹过程中,用可能扩展角度的均值作为裂纹的扩展方向计算裂纹扩展路径。结果用概率坐标纸拟合出的相关系数均大于98.5%,说明裂纹可能的扩展角度符合威布尔分布的可能性超过98.5%。当裂纹长度小于700μm时,裂纹可能的扩展角度基本符合威布尔分布;当裂纹长度达到800μm时,裂纹尖端的等效应力强度因子(Keff)出现4个峰值;当裂纹长度达到1200μm时,第3个峰值载荷处裂纹尖端的Keff超过了材料的断裂韧性,此时裂纹会向行车相反的方向急剧地扩展。结论对于不同角度初始裂纹,其扩展角度基本符合威布尔分布;整个裂纹路径的趋势与实验测得的裂纹路径有较好的一致性,车轮滚过裂纹过程中,用裂纹可能扩展角度的均值作为裂纹的扩展方向可行。     

小半径曲线内轨波磨外轨无波磨原因的研究

目的研究铁路小半径曲线线路内轨有波磨而外轨无波磨的原因。方法根据轮轨系统摩擦自激振动导致钢轨波磨的观点,建立了由车轮、钢轨和轨枕组成的轮轨系统摩擦自激振动模型。在模型中,车轮与钢轨接触几何关系使用车辆通过R=350 m曲线时的SIMPACK车辆动力学仿真计算获得的数值,钢轨与轨枕、轨枕与道床之间的连接用弹簧和阻尼单元组来模拟。应用复特征值方法对该模型发生摩擦自激振动的趋势进行了数值分析。结果小半径曲线内轨和车轮的接触角较小,在饱和蠕滑力(即摩擦力)作用下容易发生摩擦自激振动,因而容易出现波磨;外轨和车轮因为接触角较大,在饱和蠕滑力作用下不容易发生摩擦自激振动,因而极少出现波磨。数值预测结果与波磨发生的实际情况一致。结论轮轨蠕滑力饱和以及轮轨接触角是引起小半径曲线内外轨波磨差异的两个主要因素,其中轮轨蠕滑力饱和(即轮轨滑动)是决定性因素,如果轮轨蠕滑力不饱和,则轮轨系统就不会发生摩擦自激振动,因而就不会出现波磨。