基于约束方程法的轮轨接触点算法

基于轮轨之间的几何约束关系提出一种新的基于约束方程的牛顿迭代算法,该方法根据轮轨接触点处法向矢量方向相反、接触点坐标相同的几何约束关系建立约束方程组,采用牛顿迭代法求解非线性方程组得到轮轨接触点位置。采用Python编写了轮轨接触几何关系计算程序,用S1002CN车轮踏面与CHN60钢轨匹配接触几何关系的计算,验证该算法的有效性、准确性和效率。计算结果表明该算法能快速准确地计算轮对在任意运动姿态下与钢轨的接触点。     

基于轮轨型面匹配数值模拟的地铁车轮异常磨耗原因分析

通过线路测试和数值仿真对某B型地铁列车车轮异常磨耗现象进行深入分析。结合轮轨接触几何关系和轮轨滚动接触理论进行轮轨静态接触分析;基于UM软件建立该地铁车辆动力学仿真模型和磨耗预测模型,计算轮对运动状态和车轮磨耗水平。通过对比不同轮轨匹配的仿真结果来分析该地铁车辆发生轮缘和踏面异常磨耗的原因,进而提出相应的控制措施。结果表明,该地铁线路小半径曲线占比较大且钢轨轨底坡异常。地铁车辆轮缘和踏面异常磨耗是由较大轨底坡线路条件下轮轨型面匹配关系不合理所导致。将全线轨底坡修正成1/40对车轮异常磨耗现象的减缓效果有限。为有效减轻该地铁车辆车轮异常磨耗,可考虑将车轮踏面外形由S1002镟修为LM。     

钢轨轨底坡对LM和LMA两种轮对接触行为的影响

为揭示轨底坡与两种踏面的轮轨滚动接触行为之间内在联系,利用改进数值算法分析不同轨底坡下,LM踏面和LMA踏面车轮沿中国钢轨60 kg/m (CHN60)上滚动接触时的接触几何参数、轮轨接触点处的刚性蠕滑率的变化情况,再根据Kalker的三维弹性体非赫兹滚动接触理论,详细地分析两种轮对滚动接触斑上的正压力和切向力分布.利用弹性力学中Bossinesq-Cerruti力/位移计算公式并借助Gauss数值积分方法,确定两种型面轮轨滚动接触时体内的弹性位移、应变和应力的分布情况.分析计算中,考虑两种车轮半径420 mm和460 mm.计算结果表明,1/20轨底坡下LM踏面车轮对应的接触应力等参量远小于1/40轨底坡下的情况,LMA踏面轮对的情况刚好相反.由此可知,对于LM-CHN60轮轨接触副,1/20轨底坡较1/40的好;对于LMA-CHN60轮轨接触副,1/40轨底坡较1/20的好.车轮半径对LM-CHN60和LMA-CHN60的滚动接触行为的影响不大.数据结果为轮轨型面优化设计和轨底坡的设计提供了重要的参考依据.     

轮轨多点接触计算新方法曲线通过验证

建立包含多点接触轮对振动方程的车辆-轨道系统动力学模型,对轮轨多点接触计算和判定新方法-迹线极值法进行车辆曲线通过验证,给出曲线通过接触点在车轮踏面上位置、轮轨接触点数和轮轨法向力.结果表明,迹线极值法能够解决轮轨多点接触问题并获得准确的轮轨多点接触几何参数和系统振动特性;当发生轮缘根部和轮缘两点接触时,采用多点接触方法得到的结果比采用单点接触方法得到的结果更为合理可信,当不发生轮缘根部和轮缘两点同时接触时,多点接触法与单点接触法得到的结果几乎完全一致;与新用车轮踏面相比,测试得到的磨耗后车轮踏面在其名义直径位置凹陷区域附近容易形成踏面两点接触.证实了轮轨多点接触新方法的正确性和有效性.     

两种典型动车组车轮磨耗演变规律及其动力学影响研究

为对比不同线路、相同平台动车组车轮磨耗演变规律及其对动车组动力学性能的影响,对速度等级250 km/h的A、B两条高速线路上运行的同平台动车组车轮磨耗进行长期跟踪测试。将实测车轮踏面与实测钢轨廓形匹配,对比分析车轮磨耗对等效锥度、接触点分布等轮轨接触几何关系的影响。利用多体动力学软件建立动车组拖车动力学仿真模型,研究车轮磨耗演变规律对动车组动力学性能及轮轨滚动接触疲劳损伤的影响。研究结果表明,A线路车轮平均磨耗速率为0.05 mm/万km,踏面磨耗分布在-20～30 mm范围内,呈现凹形磨耗;等效锥度增大速率约为0.006/万km;轮轨接触点逐渐向钢轨轨肩处靠拢,存在明显跳跃现象。B线路车轮平均磨耗速率约为0.025 mm/万km,踏面磨耗分布在-35～50 mm范围内,磨耗分布较均匀;等效锥度稳定在0.03左右,随运营里程的增大没有明显的变化趋势,轮对横移量在10mm以内的轮轨接触点始终保持车轮踏面中部与钢轨轨顶中部接触,轮轨接触点分布均匀。随着运行里程的逐渐增大,A线路的动力学性能略有下降,B线路的动力学性能基本稳定。B线路的车轮表面疲劳指数小于A线路,车轮发生滚动接触疲劳裂纹的可...     

CHN60/UIC60钢轨廓型下高速列车车轮踏面磨耗对比分析

为了研究不同轮轨廓型匹配时高速列车车轮踏面磨耗情况,运用多体动力学软件UM建立某高速列车单车车辆/轨道耦合动力学模型,利用轮轨滚动接触理论和车轮磨耗预测模型,对比分析列车CHN60和UIC60钢轨廓型与LMA车轮廓型匹配时车轮踏面磨耗规律。研究表明:在运营里程低于26. 5万km时,LMA/CHN60和LMA/UIC60车轮踏面磨耗相差不大,在运营里程超过26. 5万km以后,LMA/UIC60磨耗显著增大;相比LMA/CHN60,车轮踏面磨耗对LMA/UIC60轮轨接触点的分布状态影响更大,前者的轮轨接触状态要优于后者;在车辆运营里程低于13. 5万km时,LMA/CHN60和LMA/UIC60的车轮磨耗功最大值相差不大,在车辆运营里程超过13. 5万km后,LMA/UIC60轮轨匹配下的车轮磨耗功最大值逐渐大于LMA/CHN60轮轨匹配; 2种轮轨廓型在运行中的车轮磨耗功率最大值都逐渐减小,但LMA/UIC60轮轨匹配下的磨耗功率最大值普遍较大。     

轮轨配合对重载货车轮轨磨耗的影响*

在中国既有线路的参数设置下,建立标准LM车轮与R60轨和R75轨配合时的轮轨接触和磨耗模型,对比研究不同轮轨配合时的磨耗性能。计算表明R75轨轮轨接触点集中分布在轨侧、轨头和轨顶三个区域,接触线不连续。在当轮对横移小于3 mm时,两种钢轨滚动圆半径差和接触角差基本一致,轮对横移大于3 mm时,R75轨的滚动圆半径差和接触角差稍小。R75轨与LM车轮配合时,在车轮踏面和轮缘、钢轨轨顶和轨角两段圆弧的过渡段的接触斑面积和应力变化剧烈。车辆在直线上运行时,R75轨的轮轨磨耗将增大数倍,动态通过800 m半径曲线时,外轨磨耗增大约45%。轮轨配合的理论分析表明R75轨不适应我国重载运输,采用提高强度的R60轨更符合我国重载铁路的实际情况。     

Translohr有轨电车导向轨轮接触模型研究*

基于调研上海张江Translohr有轨电车线路导向轨磨耗的基础上,推断出导向轮与导向轨的两种稳定的接触状态：两导向轮的踏面与倒V形导向轨的两个顶面接触,以及一侧导向轮轮缘与导向轨一侧轨腰接触状态。在忽略接触点位置变化的前提下,提出导向轮与导向轨之间的接触关系可简化为四点单边弹簧的等效力学模型。在Matlab/Simulink环境中建立Translohr有轨电车的动力学模型,其中动力走行部模型中引入Dummy体以简化空间四连杆的导向机构。仿真计算Translohr有轨电车在不同半径曲线上的轮轨接触状态,并实际测量了Translohr有轨电车在上海张江线路的轮轨导向力。仿真结果说明在40 m半径曲线上处于导向轮踏面与导向轨顶面接触接触状态,在25 m半径的曲线上出现一侧导向轮踏面和轮缘接触状态。仿真得到的轮轨导向力数值与实际测量结果具有较好的一致性。建立的导向轮轨模型可用来研究Translohr有轨电车导向轨侧磨产生的条件和影响因素。     

WRS2000型铁道车辆轮踏面/钢轨轨头外形快速测录诊断仪面世

一种在简陋现场对车轮踏面及钢轨轨头外形进行快速精确连续测量和数据分析、并提供轮轨设备评估和经济镟削和轨头打磨曲线的ＷＲＳ2 0 0 0型铁道车辆轮踏面 /钢轨轨头外形快速测录诊断仪 ,最近由同济大学铁道学院与清江华星测控设备公司研制完成。该系统运用激光传感器和微机测近分析技术开发而成 ,具有轻量化、大容量、记忆式和分析软件参数全面等特点。该产品的推广使用 ,填补了国内空白并达到国际领先水平 ,而且对促进我国现代化铁路建设、节省外汇都个有积极作用。WRS2000型铁道车辆轮踏面/钢轨轨头外形快速测录诊断仪面世@吴怀京 …     

地铁车轮凹形磨耗对轮轨接触及动力学性能的影响

对某地铁线路的车轮磨耗进行测试,发现车轮存在严重的踏面凹形磨耗.利用多体动力学软件SIMPACK建立车辆系统动力学仿真模型,研究凹形磨耗车轮与CHN60钢轨匹配时的轮轨接触特性以及车辆动力学性能,采用基于安定图的表面疲劳指数评价轮轨滚动接触疲劳特性.计算结果表明,车轮凹形磨耗使轮轨接触点对由连续分布变得分散集中,增大了...     

工程表面粗糙度两用测量系统

介绍了一种新型工程表面粗糙度两用测量系统的设计原理、仪器结构及测试结果。该系统可采用接触法和非接触法两种测量方式,接触法测量范围达±１００μｍ,最小分辨率为０．００５μｍ;非接触法测量范围达±２５０μｍ,最小分辨率为０．０１μｍ。     

生物芯片点样仪

生物芯片的成熟和应用一方面将为疾病的诊断和治疗、新药开发、分子生物学、司法鉴定、食品卫生和环境监测等领域带来一场革命;另一方面生物芯片的出现为人类提供了能够对个体生物信息进行高速、并行采集和分析的强有力的技术手段。生物芯片技术的提高催生了在该产业链中扮演重要角色的生物芯片仪器的不断发展。本文分析了国内外生物芯片及生物芯片仪器的技术、研发和生产现状,介绍了从事生物芯片研发和生产的必备仪器-生物芯片点样仪,并指出其发展趋势。     

立车滑枕,滑座接触刚度有限元分析

用罚有限元法首次对工程中数控立式车床的滑枕与滑座之间的接触压力、变形进行分析。计算结果与实测值取得了很好的一致性，这表明接触问题的罚有限元法适用于分析机床各零、部件之间的接触压力和接触刚度。     

Adaptive multiscale method for two-dimensional nanoscale adhesive contacts

There are two separate traditional approaches to model contact problems: continuum and atomistic theory. Continuum theory is successfully used in many domains, but when the scale of the model comes to nanometer, continuum approximation meets challenges. Atomistic theory can catch the detailed behaviors of an individual atom by using molecular dynamics (MD) or quantum mechanics, although accurately, it is usually time-consuming. A multiscale method coupled MD and finite element (FE) is presented. To mesh the FE region automatically, an adaptive method based on the strain energy gradient is introduced to the multiscale method to constitute an adaptive multiscale method. Utilizing the proposed method, adhesive contacts between a rigid cylinder and an elastic substrate are studied, and the results are compared with full MD simulations. The process of FE meshes refinement shows that adaptive multiscale method can make FE mesh generation more flexible. Comparison of the displacements of boundary atoms in the overlap region with the results from full MD simulations indicates that adaptive multiscale method can transfer displacements effectively. Displacements of atoms and FE nodes on the center line of the multiscale model agree well with that of atoms in full MD simulations, which shows the continuity in the overlap region. Furthermore, the Von Mises stress contours and contact force distributions in the contact region are almost same as full MD simulations. The method presented combines multiscale method and adaptive technique, and can provide a more effective way to multiscale method and to the investigation on nanoscale contact problems.     

轮轨两点接触的有限元分析

在轮轨单点接触计算分析的基础上,建立锥形踏面车轮的轮缘贴靠钢轨形成两点接触的计算模型,应用有限元参数二次规划法分析这一弹塑性接触问题。对不同载荷作用下的轮轨两点接触模型分别进行计算,得出了大量的轮轨接触状态、接触力的分布及变化规律。这些计算结果将有助于找到缓解钢轨侧磨和轮缘磨耗的方法。     

高速重载齿轮的有限元分析

利用有限元理论和数值分析方法，对高速重载齿轮系统在加载和离心力共同作用下的变形和强度进行了分析，研究了离心力对该系统的影响和动态响应。利用三维啮合弹塑性接触有限元方法对高速重载齿轮进行了接触强度分析，并基于热弹耦合进行了轮齿的修形计算，得到轮齿的理想修形曲线，为高速重栽齿轮动态设计提供了一种非常有效的方法。     

赫兹接触理论在采用边界元法分析轧机轴承载荷中的应用

在采用边界元法分析轧机轴承载荷的研究中,提出了一种修正算法,即首先假设一个接触宽度,利用赫兹接触理论进行修正,使用迭代算法进行计算,直到假设的接触宽度与修正后的接触宽度的差值满足给定的收敛条件,从而得到一个精确的结果。以某二辊轧机的四列圆锥轴承系统为例说明了方法的精确性。     

基于不同微观固体接触模型的轮轨表面变形特性分析

针对轮轨表面接触变形问题,采用不同的统计型微观固体接触模型,即Greenwood-Williamson （GW）模型,Chang-Etsion-Bogy （CEB）模型和Zhao-Maietta-Chang （ZMC）模型,研究轮轨接触表面变形特性。利用Newton-Raphson方法对微观固体接触模型公式进行求解,并同时求解间隙方程和载荷平衡方程。考虑不同粗糙度和不同塑性指数下各微观固体接触模型的压力分布情况,以及接触半径随载荷的变化情况。并将不同微观固体接触模型的结果和Hertz模型结果对比,结果表明弹塑性微观接触模型（CEB,ZMC）比弹性模型（GW）有着更小的接触压力以及更宽的接触半径,最大压力均小于最大Hertz接触压力,接触半径均大于Hertz接触半径。     

用于有限元分析与优化设计的JIFEX软件

介绍了在国家863计划等科技项目支持下,大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室与CAE/CAD软件中心近年来对CAE软件研制开发、有限元分析等先进技术研究进展,及其在JIFEX软件中的实现和应用.主要包括产品结构接触力学分析的参数二次规划算法理论,以及在大规模二维、三维接触非线性分析方面的应用;材料非线性分析与弹塑性接触分析的算法与工程应用;机械结构的热接触耦合分析的理论与算法实现.应用JIFEX软件对柴油机的曲轴、连杆、活塞、汽缸盖和机体,增压器的涡轮机轮盘和压气机轮盘,机车车体、转向架构架、牵引齿轮副和轮对等十几种重要零部件几十种结构,进行了精细的计算分析与优化设计,并获得了很好的结果.     

EFFECT OF INVOLUTE CONTACT RATIO ON THE DYNAMIC PERFORMANCE OF SPUR GEAR WITH NOTOOTH PROFILE MODIFICATION

The effect of involute contact ratio on the torsional vibration behavior of spur gear-pair isstudied analytically through a mass-spring model. The tooth stiffness in model not only has a relationwith time, as many prior studies presented, but, more important, with involute contact ratio (ICR) aswell. The ICR embodies its impact on the spur gear's dynamic performance through changing theproportion of tooth stiffness when there are n+1 teeth in contact to tooth stiffness when there are n