基于CP-DDE-129标准的车轮温升热机耦合有限元分析

为了分析上海地不同类型车轮踏面制动时的热应力,建立上海地铁13号线车轮及上海地铁统型车轮的有限元模型,依据CP-DDE-129标准、国际铁路联盟UIC510-5标准、欧洲的EN标准模拟在踏面制动时车轮在曲线、直线、道岔工况下的应力场.结果表明,上海地铁直辐板车轮以及上海地铁统型车轮踏面制动时产生的热应力满足规范的要求.并且,上海地铁统型车轮的踏面制动下的性能优于上海地铁直辐板车轮.     

基于ANSYS汽车盘式制动器温度场和热应力数值模拟

基于ANSYS建立了某汽车盘式制动器三维实体模型,分析了不同制动工况下盘式制动器的温度场和热应力,还分析了离心力与压应力和摩擦切应力分别作用下的应力分布.结果表明：热应力远大于其他应力的作用,这在分析盘式制动器失效时起着主导作用.运用循环迭代法进行温度场模拟,分析显示摩擦区温度是震荡上升、存在明显的尾迹且其显著大于非摩擦区温度.采用间接耦合法将温度场结果作为应力场载荷分析的热应力,结果显示：热应力呈现交变应力状态且幅值较大,摩擦区周向应力明显大于径向应力,制动盘凸台连接处应力很大.     

重载机车在不同牵引工况下的轮轨匹配分析

重载机车轴重增大及速度提高带来了严重的轮轨磨耗问题.针对机车在不同牵引工况下的轮轨型面匹配情况,应用轮轨型面测量仪实测机车车轮型面数据,将标准与磨耗后机车车轮型面分别和标准75 kg/m钢轨型面在对中位置匹配,建立机车轮对-钢轨三维有限元模型,并进行接触计算分析,得出如下结论:车轮踏面磨耗使轮轨间的Mises应力减小,其中标准型面的最大Mises应力点出现在轮轨表面下2~3 mm处,磨耗型面的最大Mises应力点更接近轮轨表面;牵引力使车轮的等效应力点较钢轨上的应力点位置出现纵向偏移,且随着牵引力的增加,纵向偏移量越大;车轮的踏面磨耗使轮轨接触斑中心更接近钢轨内侧轨距角;施加不同牵引工况时的轮轨横向切应力几乎不变;施加相同牵引工况时,车轮型面磨耗1 mm的轮轨纵向切应力大于标准型面,而车轮型面磨耗2 mm的轮轨纵向切应力小于标准型面.     

高密度聚乙烯垫片的非线性压缩-回弹性能测试

为研究高密度聚乙烯（HDPE）垫片在非线性棘轮实验中的应力率和温度相关性,使用RPL50型蠕变疲劳试验机,对HDPE垫片在循环压缩载荷下的压缩-回弹效应进行了实验研究,建立了HDPE压缩-回弹的本构预测模型。结果表明,HDPE的棘轮变形随着温度增大而增大,当温度大于80 ℃时棘轮变形随温度的升高大幅度增加,在80 ℃时,为常温下的4倍;随着应力率的增大累积的棘轮应变有所下降,由应力率为1 MPa/s时的8.99%下降至0.01 MPa/s时的14.23%,即温度和应力率显著影响HDPE的压缩-回弹性能。本文模型能够较好预测HDPE在不同温度与应力率工况下的非线性压缩-回弹性能,在HDPE垫片的工程设计方面具有一定的应用价值。     

钢中夹杂物在车轮成形过程中的变形行为

为研究夹杂物在车轮预成形过程中的演变行为,采用跨尺度有限元法建立车轮预成形二维轴对称宏观模型和含夹杂物体积元细观模型,对夹杂物变形进行仿真,考察夹杂物的变形抗力对夹杂物变形的影响.结果表明:夹杂物变形程度与其相对变形抗力λ呈负相关关系;车轮踏面下23.3 mm位置B,难变形夹杂物(λ=2)和易变形夹杂物(λ=1/2)均出现了应变集中,前者等效应变最大值为3.85、后者等效应变最大值为1.67;车轮踏面下23.3 mm位置B周向和轴向夹杂物有最大尺寸,车轮踏面下35.4 mm位置A及轮缘位置C和D周向和径向夹杂物有最大尺寸,从垂直于最大尺寸方向的方向进行探伤有利于鉴别夹杂物尺寸.     

全钢载重子午线轮胎胎面磨耗行为研究

以12R22.5全钢载重子午线轮胎为研究对象,建立含纵向花纹的轮胎有限元模型,采用磨耗后处理法模拟胎面磨耗行为. 将制动条件下计算得到的沟深磨耗量与道路实测结果进行对比,两者相对误差为10.2%,验证了该处理方法的可靠性. 对4种不同行驶工况的轮胎胎面进行磨耗仿真分析. 结果表明,自由滚动工况磨耗主要发生在花纹沟边,制动工况胎肩部花纹块磨耗深度较大,驱动工况磨耗主要发生在胎中部花纹块,侧偏工况胎面橡胶磨耗速率最快. 考察充气压力和载荷对胎面磨耗的影响. 结果表明,载荷增大、充气压力减小使胎面磨耗的不均匀性增加. 对于超压超载工况,仿真得出自由滚动5×10⁴ km后胎面橡胶磨耗质量是额定工况的1.56倍.     

机车用单元制动器悬挂连杆的断裂问题分析

保证准确有效的制动是列车安全运行的重要保障,踏面单元制动器中闸瓦过度磨损、不缓解及零件损坏等故障成为事故发生的巨大隐患.针对机车用单元制动器的悬挂连杆断裂问题,建立车轮-闸瓦-闸瓦托-悬挂连杆整体三维有限元模型和悬挂连杆三维有限元模型,分别对悬挂连杆进行受力分析和强度分析.通过计算结果和现场情况的对比分析,得出结论:悬挂连杆在制动作业时,同时承受轴向的拉压作用力以及车轮与闸瓦摩擦所产生的横向力;由于横向力的存在,使悬挂连杆在制动工况下的应力值有明显增大;悬挂连杆的圆角及中部位置属于应力集中区域且最大应力点位于圆角处,这是悬挂连杆断裂的主要原因.     

风电主轴制动器制动盘的应力分析

利用ANSYS软件建立了风电主轴制动器制动盘三维实体模型,分析了紧急制动工况下其机械应力场和热应力场。结果表明:制动盘机械应力场和热应力场均呈对称分布。其中,制动盘机械应力最大值出现在最外层螺栓孔处,为39.79 MPa;热应力场中,最大热应力值发生在制动时间7.89 s时,位于摩擦区域内侧与非摩擦区交界处,达到289 MPa;两者均小于材料的屈服极限345 MPa,且热应力最大值远大于机械应力最大值,由此可知热应力是引起制动盘失效的主要因素。更多还原     

高速动车组制动盘瞬态温度场及热应力场分析

应用三维设计软件pro/e建立了符合300 km/h高速动车组实际尺寸的制动盘模型,通过pro/e与ANSYS之间的接口将模型导入ANSYS软件平台,建立了紧急制动工况下高速动车组制动盘的热-结构耦合计算模型.并充分考虑了制动盘材料参数随温度变化的影响以及制动盘与闸片之间的热流耦合的影响,应用ANSYS软件强大的非线性多物理场处理功能,得出了制动盘温度场和应力场的分布规律.制动盘在t=66 s时达到最高温度815℃,t=90 s时达到最大应力760 MPa.     

HDSA车轮立式轧制变形分析

掌握车轮轧制过程的金属变形规律是制定和优化车轮轧制工艺的重要依据。以HDSA车轮为研究对象,采用有限元法对其立式轧制过程进行模拟,分析车轮轧制过程中轮辋扩径、宽度变化、变形深透性、应力分布及辐板拉薄等现象和规律。结果表明:轧制13圈时轮辋扩径速度最大,5.1 mm/圈;轮辋宽展量在14～18圈达到峰值,最大道次宽展量达5.5 mm;终轧时,初始踏面下25 mm范围内,随着深度的增加,等效应变呈线性降低,31 mm深度处的金属有最小应变0.23;车轮轧制时辐板主要承受周向和径向拉应力,并导致辐板被拉薄,终轧后辐板最大拉薄量达到3.3 mm。     

轮胎充气压力对车轮应力分布影响的数值模拟

为了实现在设计阶段能正确预测车轮力学性能的目的,通过有限元分析方法,分别采用动态响应和静态分析方法对冲击试验下车轮的应力分布进行分析,确定对冲击试验进行静态分析的合理动载荷系数;利用静态有限元分析方法,分别对车轮在充气压力、冲击载荷、径向载荷、充气压力加冲击载荷、充气压力加径向载荷作用下的应力分布逐一进行分析,着重研究轮胎充气压力对车轮应力分布和最大应力的影响.研究结果表明,冲击试验分析模型可以不考虑充气压力,但径向载荷试验分析模型必须考虑充气压力,这为下一步深入研究冲击试验和径向载荷试验有限元分析模型做了准备.     

双相钢HC420/780DP动态力学性能及其本构模型研究

在应变率分别为0.001、0.100、1.000、10.000、100.000 s^－1和200.000 s^－1的条件下,测试了双相钢HC420/780DP的高速拉伸性能,研究了其在不同应变率下的动态力学行为,得到了不同应变率下的真应力?真应变曲线,分析了其屈服强度、抗拉强度、流变应力以及断裂延伸率随应变率的变化规律。结果表明,随着应变率的升高,双相钢HC420/780DP的屈服强度、抗拉强度和流变应力均有所升高,断裂延伸率呈现先升高后降低的趋势。另外,基于Johnson?Cook本构模型,建立并修正了双相钢HC420/780DP与动态应变率相关的塑性本构模型,并验证了修正后的模型。结果表明,通过修正得到的本构模型与试验曲线拟合效果较好。     

AZ31镁合金轧制弱基面织构板材热变形行为研究

本文采用AZ31镁合金轧制弱织构板材进行热拉伸行为研究。使用Gleeble-3500型热模拟试验机,在变形温度为300℃～420℃、应变速率为0.001 s^-1～1.0 s^-1的条件下,进行高温拉伸试验,研究了变形参数对真实应力-应变曲线和样品微观组织的影响。同时,利用Arrhenius本构模型建立了本构方程,并依据试验结果绘制了热加工图。结果表明：合金的峰值应力和对应应变值随着温度的升高和应变速率的降低而不断减小。随着温度的升高,动态再结晶晶粒的体积分数明显减小,合金平均晶粒尺寸变大。当应变速率为0.1 s^-1,同时在低温(300℃, 340℃)时,合金发生完全动态再结晶,晶粒细小且分布均匀。另外,镁合金轧制弱织构板材的激活能Q为170.98 kJ/mol,且最佳热变形区域为变形温度300℃～350℃及应变速率0.01 s^-1～0.1 s^-1。     

聚乙烯管材专用料(PE-XRT70)应力松弛和蠕变行为

海洋油田的注水管道一般采用多层复合的结构设计,用于密封和防护的管道层多为高分子材料。注水海管设计寿命在25年以上,且内压密封层直接承受管道的内压和温度工况,经长时间的压缩应力作用会产生蠕变,同时,其特定部位受到恒定的压缩应变经历较长时间也会发生应力松弛。因此,研究这类高分子材料在长期应力应变下的蠕变和应力松弛行为规律对于评估注水软管内压密封层材料长期服役行为具有重要意义。本文针对聚乙烯（TOTAL PETROCHEMICALS的PE-XRT70）材料作为用于中国涠洲6-9/10油田海管工程注水复合管道内压密封层的特定工况—长期工作温度较高（75℃）,压力达到16.5MPa,通过对聚乙烯试样进行75℃,85℃,95℃,恒定应变10%和20%的应力松弛及75℃,16.5MPa恒定应力的蠕变实验,利用聚合物材料的时温等效性以及松弛时间分布计算出该材料在特殊条件下的平移因子αT。建立了Maxwell多元件并联模型,对应力松弛及蠕变实验数据进行1stopt五参数拟合,得到预测材料实际工况温度下的应力松弛及蠕变行为的数学公式。根据聚合物材料的时温等效性以及松弛时间分布计算出PE-XRT70管材压缩试样在特殊条件下的平移因子αT。结果表明,在应变量为10%时,85℃平移到75℃的平移因子是10.97,95℃平移75℃的平移因子是11.20。而在应变量为20%时,85℃平移75℃的平移因子是14.76,95℃平移75℃的平移因子是15.77。广义Maxwell模型及模拟曲线能很好地预测该材料的应力松弛和蠕变行为,相关系数R2的数值在0.975以上,通过这一数学模型可获得该材料在75℃下两种恒定应变中的平衡应力σ∞ 及75℃,16.5MPa恒定应力下的平衡应变。应力松弛实验和数学模拟表明,75℃温度下,10%和20%的恒定应变的应力松弛过程的平衡应力σ∞ 分别为3.983和7.505,且两种条件下应力松弛在一周后基本达到平衡应力。蠕变试验数据和数学模拟表明,75℃,16.5MPa压力下,PE-XRT70压缩试样的蠕变过程的平衡应变为31.479%,且在24小时之后的蠕变基本达到平衡。     

火车车轮踏面裂纹形成原因分析及预防

介绍了火车车轮踏面裂纹的常见类型及形成原因,通过对一种新型的车轮踏面裂纹进行详细的分析,采取化学分析、低倍酸洗、力学试验、金相检验、断口分析等方法,查找车轮踏面与外侧面交角处裂纹产生的原因。结果表明,车轮的实物质量符合技术要求,该种裂纹属于制动热裂纹扩展所致。对该类裂纹的预防提出了建议。     

变温情况下地下储气井工况分析与研究

运用有限元软件模拟分析了井筒内压达到预期的25MPa,温度从28℃升高到50℃的极限状态时,套管和下封头等应力的变化情况.结合储气井现场现象建立了井筒工况模型,采用平面四节点等参元划分网格,使实际三维井筒模型简化为平面应变问题加以处理.详细分析温度变化对套管、套管与接箍以及套管与下封头的应力变化.经过计算分析,温度升高使得套管与下封头在充气、储气以及放气过程中的应力增加但处于弹性变化范围内,不过套管在这种长期交变载荷的作用下,可能会产生疲劳破坏.     

球-平面接触条件下扭动微动磨损接触区的力学行为分析

以GCr15球/PMMA平面发生扭动微动接触为研究对象,应用工程软件研究扭动微动磨损接触区的力学行为。分析当扭动角度由0.5°增大至5°时,考察接触表面的等效应力、等效塑性应变和摩擦切应力分布,以及粘着区大小的变化,并与实验结果进行对比分析。结果表明:在法向载荷和摩擦系数一定的情况下,随着扭动角度的增大,等效塑性应变有较明显的增长,最大摩擦切应力微幅增大且向接触中心靠近,粘着区范围减小;与摩擦磨损试验所得的相应工况下磨痕形貌图吻合度较好。     

欧洲两种货车车轮的疲劳强度与制动热力学分析

按EN13979-1标准,对2种典型Φ920mm货车轮进行了疲劳强度及制动热力学分析,两型车轮疲劳强度均超过标准要求,但其多年的运行表明,疲劳特性适用于23.5吨轴重,120km/h时速运行条件。两型车轮制动热力学得到的残余应力与变形量接近或超过标准要求,表明其制动热力学性能不足以满足长坡制动的运行需求。     

不同牵引制动工况下轮轨接触有限元分析

针对城市轨道交通车辆轮轨关系问题,研究在不同牵引力与制动力作用下轮轨间等效应力和接触力的变化情况,建立地铁车辆LM型车轮踏面和60 kg/m型钢轨轮轨接触有限元模型.通过计算分析得出以下结论:牵引力作用时,车轮最大等效应力的分布相对于接触中心靠前,钢轨最大等效应力分布相对于接触中心靠后;牵引力和制动力对轮轨接触等效应力和纵向切应力的作用效果相反;随着制动力的增大,接触处纵向应力呈近似正比增大,钢轨上最大纵向切应力的分布相对接触中心位于接触斑后部.     

轮胎-路面侧向附着动力学数学模型

轮胎-路面侧向附着动力学数学模型用来描述侧向附着系数与车轮滑动率的关系.通过把侧向附着系数表述为车轮滑动率的函数及全面考虑各种基本参数,如路面状况、车速、侧偏角、法向载荷、车轮外倾角和车轮滑动率等对侧向附着系数的影响,对 Pacejka 的模型进行了根本的变革.从而能使它们适用于轿车各种制动工况的研究.和前人有关的数学模型相比较,新模型具有实际应用意义.