中高频激励下轮轨不同建模方法对轮轨动态相互作用的影响

动力学仿真是分析铁道车辆运行时各部件动态响应的主要研究手段之一.联合有限元软件ANSYS和动力学软件SIMPACK软件建立B型地铁车辆-轨道刚柔耦合动力学模型,模型考虑轮对和轨道不同建模方法,研究车轮多边形磨耗激励下不同模型轮轨动态相互作用的差异.结果表明:多刚体动力学模型与仅考虑轮对结构柔性动力学模型有效分析频率较低...     

地铁车轮磨耗对轮轨接触特性及动力学性能的影响

对某地铁线路轮轨磨耗进行测试,分析实测型面与CN60钢轨匹配的轮轨接触几何关系,并利用Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论对轮轨接触力学特性进行分析。利用UM多体动力学软件建立某B型地铁车辆动力学仿真模型,分析轮轨磨耗对车辆动力学性能及轮轨接触损伤特性的影响。结果表明：该线路车轮踏面磨耗较均匀,存在明显轮缘磨耗现象。不同运行里程下实测车轮踏面外形基本相似,导致车轮磨耗对轮轨接触几何关系、轮轨接触力学特性及车辆动力学性能的影响较小。实测轮轨匹配下的动力学性能略有下降。随着运行里程增大磨耗指数变化不大,表明车轮磨耗稳定。车轮磨耗后表面疲劳指数大于标准型面,出现滚动接触疲劳的可能性增大。     

车轮多边形对轮轨静态匹配的影响

摘　要：为了分析车轮多边形对轮轨静态匹配的影响,设定车轮半径在圆周上具有周期性变化,并且考虑车轮横向磨耗的改变,建立多边形车轮空间模型。由于迹线法不适用于多边形车轮,本文在空间车轮模型上搜索与钢轨距离最小点,得到轮轨接触位置和几何参数。采用Hertz接触理论和Polach蠕滑力模型计算轮轨法向应力和蠕滑力,分析多边形车轮对轮轨接触静力学的影响。计算结果显示：多边形车轮的横向磨耗对轮轨静态匹配影响比较微弱,周向磨耗会引起轮轨接触斑和法向应力的周期性变化,影响程度随阶次的增加而增强。     

列车-高架桥式客站耦合系统振动响应分析EI北大核心CSCD

针对中国高速铁路"站桥合一"大型枢纽客站的车致振动问题,以新长沙南站为例,利用自主开发的计算分析软件TRBF-DYNA建立了列车-轨道-客站耦合系统空间整体动力学分析模型,研究车致客站振动响应的分布规律、传播和衰减规律。车辆采用31自由度车辆模型,采用有限元方法建立轨道-客站三维整体动力学模型,轮轨之间采用空间非线性接触模型。开展了单线和双线行车工况下的列车-轨道-客站耦合振动分析。结果表明:受列车竖向动力荷载控制,客站以竖向振动为主;无砟轨道结构可以过滤轮轨高频激励,降低列车对轨道层主梁的冲击作用;桥式结构体系可以较好地减小轨道层振动对上部结构振动的影响;双线行车引起的客站振动响应高于单线行车,但均能满足舒适性要求;车辆行车安全性指标符合规范要求,表明该客站结构设计具有较高的安全储备。     

重载机车车轮擦伤下的轮轨动态响应

车轮踏面擦伤会造成剧烈的轮轨冲击作用,加剧车辆和轨道结构部件的疲劳破坏。为揭示实际车轮擦伤状态下的重载机车-轨道耦合振动响应特征,基于车轮擦伤的现场实测数据,拟合出了车轮擦伤模型。采用重载机车-轨道耦合动力学模型,详细考虑了钢轨垫层与扣件弹条相互作用,分别从时域和频域角度仿真计算了机车车轮擦伤引起的轮轨动态响应。研究结果表明:实际车轮擦伤呈不对称的几何形状;车轮擦伤激起的冲击力对轨道部件影响较大;车轮擦伤可能引发钢轨与扣件系统的短暂分离。研究结果可为踏面损伤识别、轨道部件检修提供理论参考。     

高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗分析

随着运营里程和速度的不断增大,我国高速动车组车轮磨耗逐渐增大,同时对车辆稳定性造成了一定影响。经过大量的线路试验表明,动车组运营中出现了大量的抖车问题,并且有些线路出现长距离的转向架蛇行失稳状态。针对以上现象,对高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗问题进行分析,首先建立某型动车组车辆动力学模型和Jendel车轮磨耗模型,并通过实测数据对动力学模型进行验证;然后分析车辆在转向架蛇行状态下的轮轨接触参数规律,最后对有无激励、不同蛇行幅值、线路参数对于车轮磨耗的影响进行探讨。结果表明：蛇行状态下车轮磨耗出现不同程度的增大,同时蛇行幅值越大,车轮磨耗越大,在长距离蛇行状态运行200 000 km后,可以看出踏面磨耗主要集中在-40～30 mm之间,车轮最大磨耗深度为0.58 mm左右。因此,在动车组服役过程中需要关注车轮蛇行运动稳定性,避免转向架蛇行失稳后造成的车轮磨耗增大现象。     

车轮谐波磨耗对轮轨蠕滑特性的影响分析

为探究车轮谐波磨耗对轮轨间蠕滑特性的影响,建立了4种不同轮轨关系下的车辆-轨道耦合动力学模型。基于多体动力学理论,以实测车轮谐波磨耗为依据,对比分析了4种模型的轮轨振动特性,得到最能反映真实情况的轮轨关系模型。基于柔性轮轨分析车轮谐波磨耗对轮轨蠕滑特性的影响,并进一步探究谐波磨耗下扣件刚度和速度对蠕滑特性的影响。结果表明:柔性轮下的振动响应要高于刚性轮,而刚性轨下的振动响应要大于柔性轨。其发生机理表现为柔性体的固有模态与谐波激励频率相近引发模态共振,使得柔性体的振动响应大于刚性体。对比分析结果表明多柔体更能反映轮轨真实接触状态;车轮谐波磨耗的阶次和幅值对柔性轮轨关系下的蠕滑特性影响显著,整体呈现出随阶次和幅值增大而增大的趋势,且高阶次下,幅值对蠕滑特性的影响更加显著。进一步发现扣件刚度对蠕滑特性的影响与速度呈现相关性,当速度低于250 km/h时,扣件刚度对蠕滑率/力的影响并不显著,但仍呈现出随刚度增大而减小的趋势;当速度高于300 km/h时,扣件刚度对蠕滑率/力的影响比较明显,呈现随刚度增大而增大的趋势。     

机车轮缘磨耗对轮轨接触状况的影响

针对机车运行中出现轮缘磨耗严重这一问题, 统计苏家屯机务段电力机车轮对检修记录, 将轮缘磨耗过程可以分为3 个阶段:初期磨耗阶段、磨耗稳定阶段和后期磨耗阶段。建立不同磨耗时期的轮轨弹塑性接触模型, 运用有限元方法进行计算分析。计算结果表明:车轮轮缘厚度从32mm磨耗到27mm这个过程, 轮缘上的接触等效应力相对较小, 轮缘磨耗速度在整个磨耗过程中最低;机车车轮镟修或换轮后在磨耗后线路上运行, 标准车轮与磨耗钢轨的型面匹配状况不佳, 接触等效应力集中在车轮轮缘上, 运行初期轮缘磨耗较快。得出的结论有助于设计出更好的轮轨型面来降低轮缘磨耗。     

车轮多边形态下机车轮轨动态响应研究

某和谐型电力机车车轮运营中表现出较为严重的多边形磨耗,对机车的零部件失效、乘坐舒适性和运行安全性产生较大影响。为研究车轮多边形态下机车轮轨动态响应规律,基于SIMPACK软件建立了考虑机车牵引行为和轮对、钢轨等部件柔性的刚柔耦合动力学模型,利用机车振动试验结果对模型进行验证。研究了典型车轮多边形阶次、幅值和运行速度等对轮轨力和振动响应的影响,并分析了机车牵引行为对轮轨蠕滑率/力和车轮磨耗的影响。结果表明,速度等级为70 km/h时,车轮18阶多边形态下激发了轮对一阶弯曲共振,出现了轮轨力波动大和机车异常振动的现象;机车牵引状态下显著增大了纵向蠕滑率的波动幅值,并提高了纵向蠕滑力,导致轮轨磨耗指数相比无牵引工况下大幅增加,加剧车轮多边形磨耗的发展。     

轮对运动状态对轮轨滚动接触应力的影响

分析计算了锥型踏面轮对沿轨道滚动接触时轮轨接触几何参数和不同运动状态下的轮轨之间的刚性蠕滑率.根据确定的轮轨接触几何参数和轮轨接触界面之间的蠕滑率,利用非Hertz滚动接触理论分析计算了锥型轮对和钢轨滚动接触斑作用力的分布.再利用弹性力学中Bossinesq-Cerruti力/位移计算公式并借助Gauss数值积分方法,确定了轮轨滚动接触时体内的弹性位移、应变和应力随轮对运动状态变化情况.数据结果为轮轨强度设计提供了重要的参考依据.     

曲线几何参数对不同类型货车转向架轮轨动力作用的影响分析EI北大核心CSCD

27 t轴重的侧架交叉支撑转向架和副构架径向转向架是中国最近研制的两种重载货车转向架。为研究比较两转向架的曲线性能,分析曲线几何参数、轨道谱激励对不同类型转向架轮轨动力的影响特性,综合考虑转向架结构形式、技术参数和重载曲线轨道相关要求,建立重载货车⁃轨道耦合动力学模型和曲线参数化模型。结果表明,副构架径向转向架曲线性能在小半径曲线(≤800 m)线路上具有相对优势,曲线半径越小,优势越明显,但增大曲线半径和施加线路谱激励均会弱化其优势;两种转向架对外轨超高和缓和曲线长度变化的动力响应趋势基本一致,都在欠超高(0~15 mm)范围内轮轨综合响应较小;缓和曲线长度对两者均存在拐点,且拐点近乎相同,如当速度为80 km/h,曲线半径为800 m时,计算拐点都是约50 m,与TB 10627—2017《重载铁路设计规范》标准中规定的缓和曲线长度最小取值一致。     

The influence of different pre-formed holes on the dynamic response of square plates under air-blast loading

Studying the blast response of plates with pre-formed holes under blast loading serves as a significant method to decouple dynamic response of plates with pre-formed holes under combined blast and fragment loading. Based on material test system (MTS) and Split Hopkinson tension bar (SHTB), the mechanical properties of experimental steel under different strain rates were obtained. Then, the experiments on the responses of plates with square, diamond and circular holes under air-blast loading were carried out and the failure modes of plates with diamond holes were derived. Later, the deformation curves of target plate were obtained by laser reverse forming technique. Next, a constitutive model program considering strain rate, stress status and temperature effect was adopted to carry out numerical simulation calculation, which verified the accuracy of this numerical simulation. Finally, discussions were carried out on the damage level at places where cracks might form, the dynamic stress concentration coefficient and stress status change, and then the influence which pre-formed holes have on the failure mode was analyzed. The results of this study show that: (1) A fortran vectorized user-material subroutine (VUMAT) program considering strain rate, stress status and temperature effect can effectively predict the dynamic response of metallic materials; (2) the shape of pre-formed holes affects the damage level, dynamic stress concentration coefficient and stress status. Besides, failure occurs more easily in plates with diamond pre-formed holes; (3) pre-formed holes have an obvious influence on the failure modes of plates under different blast distance.     

轮缘固体润滑剂对轮轨减摩及损伤性能影响

用MMS-2A滚动摩擦磨损试验机完成试验工作,对比干态和3种不同固体润滑剂作用工况,分析干态和3种不同固体润滑剂作用后的轮轨摩擦性能和固体润滑剂的有效作用时间,探究固体润滑剂对轮轨摩擦性能的影响;分析不同工况下轮轨表面磨损量和表面裂纹,同时对裂纹的长度、角度、深度进行统计,分析固体润滑剂作用对轮轨损伤性能影响。结果表明:固体润滑剂具备减摩润滑作用,其中1号效果最佳,将干态下的摩擦系数0.5降低到0.2左右;固体润滑剂通过降低接触界面的摩擦系数减小轮轨界面的切向摩擦力,降低轮轨表面的磨损量,其中固体润滑剂1降低车轮和钢轨的磨损量最大,分别降低95.3%和97.1%;固体润滑剂主要通过抑制疲劳裂纹的长度来抑制轮轨疲劳裂纹的生长和扩展,通过正应力挤压作用使轮轨表面疲劳裂纹开口紧闭,缓解裂纹根部分支现象,有效抑制轮轨疲劳裂纹生长与扩展行为.     

轮轨横向滑动稳定性对曲线啸叫噪声的影响

车轮相对于钢轨发生横向滑动时,轮轨接触面上的摩擦力变化会引起曲线啸叫噪声。因此首先建立了车轮的状态空间模型和轮轨接触摩擦模型,对轮轨横向接触过程采用4阶Runge-Kutta法进行了时域分析,研究了如横向滑动速度、接触力、阻尼等因素对滑动过程稳定性的影响,并结合实例计算进行了验证,最终得出结论:轮轨横向滑动过程出现不稳定的主要原因是接触面间摩擦系数变化引起的自激振动;当车轮阻尼大于等效阻尼临界值时会使滑动过程稳定;轮轨间的垂向刚度和阻尼会使系统不稳定频率与车轮模态频率产生偏移。     

考虑轮轨材料等效疲劳损伤车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应

车轮扁疤是车轮踏面缺陷常见形式之一,会产生较大的轮轨冲击,影响列车运行的平稳性和安全性.该研究建立了三维轮轨滚动接触有限元模型,采用显式有限元法研究了车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应,描述了车轮扁疤冲击钢轨整个过程中轮轨接触状态的变化,着重分析了轮轨材料疲劳损伤与应变率效应对轮轨冲击响应的影响,并讨论了列车速度、扁疤长度...     

激光淬火对重载轮轨磨损与损伤性能的影响

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究了激光表面淬火对重载轮轨磨损与损伤性能的影响,分析了激光淬火对重载轮轨表面损伤的作用机理.结果表明:激光淬火处理后轮轨试样存在一定厚度的淬火处理层,其组织主要为均匀致密的马氏体层;激光淬火可明显提高车轮和钢轨试样的表面硬度,其硬度分别增加35.7%、33.5%;激光淬火基本不改变轮轨试样的滚动摩擦系数;激光淬火可增强轮轨试样的耐磨性,相比淬火前车轮和钢轨试样磨损量分别降低62.9%和66.0%;未处理轮轨试样表面损伤主要表现为明显的剥落损伤,激光淬火后轮轨表面损伤相对轻微,主要表现为小麻点式剥落损伤,重载工况下激光淬火处理使轮轨试样具有较好的抗表面损伤能力.     

高速车辆车轮磨耗与轮轨接触几何关系的研究

根据线路实际测量的高速车辆车轮踏面外形,分析了不同磨耗里程下的S1002G踏面的轮轨接触几何关系的变化规律。研究结果表明S1002G踏面随着运营里程的增加,等效锥度逐渐增大,特别是在轮对横移量2mm以内表现最明显。随着轮对横移量的增加等效锥度呈现先减小后增大的变化趋势,这说明S1002G踏面在京沪线实际运营过程中以凹形磨耗为主。通过建立高速动车组单车动力学模型,采用磨耗前后的轮轨型面,分析了三种不同类型转向架车辆模型的运动稳定性。分析结果表明磨耗导致轮轨匹配关系发生变化从而大大降低了车辆的临界速度;而一系纵向定位刚度无论是磨耗前还是磨耗后都会对车辆稳定性造成重要的影响,相对来说柔性转向架更有利于车辆的运动稳定性。轨道参数对轮轨接触几何关系有着非常重要的影响,因此研究车辆稳定性问题必须要考虑轨道几何参数的作用。     

Elastoplastic modelling of subsurface crack growth in rail/wheel contact problems

Propagation of small subsurface cracks subjected to shear under repeated rolling contact load is studied. An analytical crack model (Dugdale) with plastic strips at the two crack tips is employed. Compressive stresses promoting crack closure and friction between crack faces are considered. The triaxial stress state is used in the yield criterion. A damage criterion is suggested based on experimental LCF data. In a numerical study, critical crack lengths are found below which propagation of an existing crack should be effectively suppressed.     

压电传感技术在轮轨力实时监测中的应用探讨

目前轮轨力测试传感元件大多采用应变片,但应变片存在零漂、抗干扰能力差、测试系统稳定性差的问题,不满足高速重载铁路轮轨力实时监测对传感元件的要求,针对这一情形,提出了基于压电传感技术的轮轨力实时监测方法。首先,根据轮轨相互作用的特点和轨道系统约束条件,以及压电应变传感特性,提出了轮轨垂向力和横向力测试原理。然后,实验研究了PVDF压电传感器的动态特性、抗电磁干扰、抗零漂、可重复性等性能,并与普通电阻应变片进行了对比,论证了应用压电传感技术进行轮轨力实时监测的可行性。最后通过有限元仿真计算验证了所提出的轮轨力监测原理的正确性。