制动热应力对车轮辐板单轴疲劳影响

随着重载列车的不断发展,辐板的热-机疲劳成为车轮破坏的主要形式。基于Ansys有限元软件,对车轮辐板的制动热应力进行分析,利用单轴疲劳准则和Haigh-Goodman疲劳极限图对车轮辐板进行疲劳评估。分析了制动热应力对车轮辐板单轴疲劳的影响。结果发现:(1)未考虑制动热应力下,新制轮和磨耗轮辐板的各节点的抗疲劳性能均满足要求;制造态残余应力使辐板的疲劳薄弱位置发生了转移;最易发生疲劳的截面为0°、180°和40°～60°。(2)考虑制动热应力下,新制轮和磨耗轮辐板的各节点的抗疲劳性能均满足要求,但是在FPH和BPR处平均应力未能达到安全要求。     

川藏铁路线路条件下基于热-机耦合的货车车轮辐板优化*

针对川藏铁路线路货运车辆下坡区段长时间制动导致的车轮热负荷大幅增加和车轮辐板疲劳问题,考虑热-机耦合效应,采用正交试验法对现有C_(70)型敞车HESA型车轮辐板进行优化设计。试验选定轮辋与辐板过渡两侧倾角、辐板与轮毂过渡两侧倾角、辐板上部厚度、辐板下部厚度作为优化因素,依据车轮实际运维要求将辐板疲劳强度、车轮质量、辐板静强度列为优化目标。按照UIC510-5规程直线工况所确定的机械载荷工况,采用货车匀速通过超长连续大坡度区段踏面制动下车轮瞬态热载荷工况,对3种优化车轮辐板进行静强度校核与疲劳强度校核,并对比得到最优车轮辐板外形。结果表明:3种优化车轮辐板均满足静强度条件,其中辐板静强度最佳组合方案有效改善机械载荷下车轮辐板等效应力;3种优化车轮辐板均满足疲劳强度条件,其中疲劳强度最优组合方案有效改善热-机耦合载荷下车轮辐板疲劳强度。     

循环制动工况下货车车轮疲劳强度研究

为了解川藏铁路货运车辆在长大下坡道因循环制动导致的车轮热负荷以及车轮的辐板疲劳问题,首先在不同坡度工况下对列车进行循环制动的模拟计算,得出列车在长大下坡道循环制动的速度时间曲线;然后建立有限元模型,对车轮进行温度场分析;最后根据TB/T 3463-2016疲劳强度评定准则,在制动热应力条件下对车轮辐板进行疲劳强度校核。研究结果表明：在-24‰坡道,车轮辐板疲劳强度符合标准要求;在-30‰坡道,车轮辐板疲劳强度不能满足标准要求。     

坡道长度对货车制动热负荷的影响

川藏铁路特殊的地形、地势造成沿线坡道长度顺势延展,坡道长度增加将导致货运列车匀速下坡制动工况更加恶劣。采用ANSYS有限元软件建立货车新轮三维有限元模型,针对坡道长度10～20 km连续延展的不同坡长工况,进行货运列车匀速下坡制动热负荷分析,采用间接耦合法计算车轮热应力场。仿真结果得出新轮在不同坡长条件下温度云图、热应力云图以及最高温度与最大热应力时间历程曲线,体现坡道长度增加对最高温度和最大热应力均有提高作用,但增幅逐渐减小;同时,对比车轮辐板圆角径向热应力可知,辐板疲劳裂纹易发生于轮辋与辐板过渡内圆角。     

CDC16捣固车车轮温度场与应力场分析

研究了23 t轴重的道路捣固车在制动条件下车轮的瞬态温度和应力变化情况,建立CDC16捣固车车轮(以下称"车轮")的三维有限元模型,分析了车轮的温度场。采用间接耦合法将温度场的模拟结果转换成热载荷,建立热载荷与时间的对应关系,进行了热应力场的动态模拟,同时对直线制动和曲线制动两种工况进行应力分析,并与直线工况和曲线工况下的机械载荷进行耦合分析。分析结果表明:两种制动工况下的应力在运行工况应力基础上与制动热应力进行了叠加,在制动阶段车轮温度迅速上升且衰减缓慢。     

车轮踏面制动的热-机耦合数值模拟

重载列车车轮踏面制动是一个复杂的动态接触热-机耦合问题,介绍了热-机耦合问题的求解方法,并利用有限元分析软件ANSYS对提速货车的单闸瓦踏面制动过程进行了紧急制动工况的数值仿真,定量地给出了车轮踏面温度和应力随时间的变化规律,为研究车轮踏面热疲劳提供了理论依据.     

地铁车辆全磨耗车轮辐板的疲劳强度研究

地铁车辆车轮在运营过程中,受其自身转动及在直线、曲线、道岔等工况下的交变载荷,会产生车轮辐板的多轴交变应力。在轨道车辆车轮辐板上,疲劳裂纹方向均沿车轮的周向方向呈现,该种疲劳裂纹是由与该裂纹垂直的径向应力为主要原因所致,则将多轴应力转化为单轴应力。参照相关标准,对地铁车辆全磨耗车轮辐板进行了应力计算和疲劳分析。结果表明,车轮辐板均满足静强度要求和疲劳轻度要求。根据分析情况,为地铁车辆车轮的日常检修的重点部位提供了参考依据。     

车轮辐板机械应力场的两种数值模拟方法对比研究

研究了铁路机车车辆运行过程中车轮辐板机械应力场的两种数值计算方法,将机械力进行傅立叶级数展开构建二维模型,通过对比二维轴对称模型和三维实体模型的计算结果,验证了二维轴对称模型的可行性。分析了车轮在运行过程中三种典型工况下辐板中机械应力场的分布情况及变化规律,通过对比车轮辐板的Von-Mises等效应力和径向应力,发现轮毂内圆角区域最为薄弱,承受较大的交变载荷。     

基于BESO算法的城市轨道车轮拓扑优化

城市轨道车轮的结构优化大多集中于参数优化,设计空间普遍有一定的局限性。以降低城市轨道车轮辐板处的结构应力为目标,利用双向渐进结构优化算法对直辐板车轮进行拓扑优化建模,提出一种新颖的城市轨道车轮辐板结构。重点针对城市轨道车轮受力最恶劣的曲线工况,对直辐板车轮的设计域进行2D拓扑设计,在满足体积约束条件下,通过对删除率、进化率、增加率进行设定,使体积比经过反复振荡从而达到较好的性能优化指标,提高了城市轨道车轮的应力性能,获得了城市轨道车轮的优秀拓扑结构。通过与成熟有限元软件计算结果对比,优化后的静强度和疲劳强度均满足要求,证明了双向渐进结构优化算法的有效性和可靠性。研究结果表明,双向渐进结构优化算法对城市轨道车轮的优化设计是适用的;优化车轮的辐板形式由直辐板进化为曲辐板,且单元向中间圆弧处靠拢,辐板具有不等厚特征;在不增加车轮重量的前提下,优化车轮在辐板处的最大结构应力降低了17%。所做工作对城市轨道车轮结构应力性能的提升具有重要的参考价值。     

铁路货车车轮钢滚动接触疲劳性能评估

使用双盘对滚试验机测试了碳含量分别约0.60%、0.70%和0.75%货车车轮钢的滚动接触疲劳寿命,对比分析了三种车轮钢滚动接触疲劳性能的差异。研究结果表明,在轴重为40 t的模拟工况下,碳含量0.75%车轮钢的滚动接触疲劳性能优于碳含量0.60%和0.70%的车轮钢,碳含量0.60%的车轮钢试样发生表面塑性压溃。在轴重为30 t的模拟工况下,碳含量0.60%和0.70%车轮钢试样随均未发生塑性压溃现象,后者的接触疲劳寿命明显高于前者。通过试验结果和车轮实际使用情况可推测,碳含量0.60%的车轮钢适用于轴重低于25 t的货车,碳含量0.70%的车轮钢适用于轴重25～30 t的货车,碳含量0.75%的车轮钢适用于轴重高于30 t的货车。     

轮轴弯曲刚度对轮轨垂向动态载荷影响分析

以国内某型地铁车辆为例,研究轮轴弯曲刚度对轮轨垂向动态载荷和轮对垂向振动的影响。在常规多刚体动力学模型的基础上,结合BM3000轮对和北京地铁轮对两种不同的弹性轮对模型,对比分别采用刚性轮对模型和弹性轮对模型时的轮对垂向振动加速度和轮轨垂向力。结果表明,对BM3000弹性轮对模型来说,由于其弯曲刚度相对较小,随着运行速度的增大,轮对垂向振动加速度和轮轨力与刚性轮对的差距不断加大,而对于轮轴弯曲刚度较大的北京地铁轮对来说,其弹性轮对模型和刚性轮对模型的结果比较接近,在计算的速度下轮对的振动峰值及频率均有明显的降低。因而,通过加大轮轴弯曲刚度可明显改善轮对的垂向振动和轮轨垂向力,实现改善轮轨动态接触状态的目的。     

盘式制动器热-结构耦合的数值建模与分析

在充分考虑移动热源且速度可变效应影响、盘与片摩擦界面间热流耦合的基础上,根据制动盘与摩擦片的实际几何尺哌寸,建立一个紧急制动工况下三维瞬态热-结构耦合的计算模型,运用大型有限元软件ANSYS中的非线性有限元多物理场方法,数值模拟盘式制动器的制动过程.揭示制动过程中制动盘瞬态温度场/应力场的分布规律,发现二者之间存在着耦合关系,二者随制动时间明显地呈现周期性变化,这些周期波动是由移动热源产生的热流冲击和对流换热影响的交替作用所引起的,且其变化周期随制动时间的延长而增大.并初步探讨制动盘产生径向裂纹的原因.     

砂轮磨钝的在线辨识研究

介绍了以磨屑热辐射流温度作为辨识砂轮磨钝特征信号和理论依据，并用神经网络方法建立了智能辨识系统，实验结果表明，磨屑热辐射流温度信号是较好的辨识砂轮磨钝的信号源。     

城市轨道交通车辆踏面制动热应力仿真分析

分析了城轨列车在踏面制动方式下车轮踏面热疲劳裂纹产生的机理,并建立了车轮制动过程瞬态温度场三维有限元模型,采用整体输入热流和对流换热的简化模式为基础的传统理论的热应力计算方法,计算车轮在连续两次紧急制动工况下的热温度场及热应力场,为确定城轨列车制动方式及列车制动距离等技术规范提供计算依据。     

轿车轮毂轴承载荷分布数值求解与分析

在考虑接触角的变化和轴向预载荷影响的前提下,基于静力学分析方法建立两自由度的数学模型,介绍了精确求解轿车轮毂轴承载荷分布的数值方法,同时系统分析了侧向加速度和轴向预载荷对载荷分布的影响.轮毂轴承在合适的轴向预载荷状态下工作,可以获得最大的疲劳寿命.     

火车轮残余应力测试

火车轮热处理以及机加工后在轮缘内部产生一个周向压缩残余应力场,其残余应力的大小须控制在一定范围之内.介绍了残余应力的测试方法,并就如何进行火车轮残余应力的测试进行了分析.     

高速列车制动盘瞬态温度和热应力分布仿真分析

制动盘的热疲劳损伤是当前列车安全制动的主要威胁。制动过程中的瞬态温度和热应力分布是热疲劳损伤研究的基础。通过建立制动盘无内热源的三维温度场分布的数学计算模型,采用热弹塑性有限元法,利用摩擦功率法计算温度场载荷,仿真不同制动工况下制动盘摩擦热负荷产生的温度场以及热应力分布。主要计算一次常用制动、一次紧急制动、三次紧急制动和一次坡道制动这4种制动工况。通过仿真分析发现,不同工况下制动盘面的温度变化有着相似的规律。制动开始阶段,随着强热流的不断输入,盘面在很短时间内迅速升温,很快达到峰值点。随后,盘体逐渐通过辐射和对流的方式散热,温度缓慢下降。相对紧急制动和常用制动的升温过程,坡道制动的升温显得缓慢一些。研究不同工况下制动盘温度和热应力的变化和分布规律,为高速列车复合材料制动盘的热疲劳性能评价提供依据。     

机车整体式车轮与车轴过盈配合应力分析

以DF8型机车现用整体式车轮为例,应用ANSYS软件分析了轮对过盈配合,列车紧急制动及列车在长达下坡道上行驶时轮对应力、温度分布及接触面压力变化.轮轴压装后最大应力出现在轮毂边缘;紧急制动时踏面温度随制动时间先升高然后降低,达到最高温度的时间约为总制动时间的一半;车轮温度升高后,部分释放了接触面的初始接触压力,列车在长大下坡道行驶时接触面压力有较大降低.     

基于ANSYS的铸钢车轮铸造过程的温度场分析

为观察铸钢车轮凝固时内部的温度分布情况，利用ANSYS软件对铸钢车轮铸造过程进行了瞬态热分析模拟，得到了冷却时铸钢车轮的温度及温度梯度的分布，模拟结果较真实地反映了铸钢车轮的温度变化过程，从而可以预测缩孔、缩松、热裂等缺陷出现的位置及可能性，为优化铸造工艺方案提供了科学依据。     

基于有限元法的横向载荷条件下丝杠升降机静强度分析

升降式输送机在输送起停过程中会产生惯性作用力,其作为横向载荷作用在丝杠升降机上,使得丝杠升降机中滚珠丝杠应力极值大幅度地提升。通过建立滚珠丝杠有限元模型,对滚珠丝杠在横向载荷条件下进行应力分析,得到滚珠丝杠的应力分布情况,提出了2种导向机构,以减小滚珠丝杠应力极值。实践表明,通过导向支承轮增加滚珠丝杠伸出端的支承,大大改善了丝杠升降机的受力状况并降低了其应力极值,对于提高丝杠升降机的工作寿命及升降式输送机的工作可靠性具有参考意义。