单侧钢轨波磨对两侧轮轨瞬态响应的影响分析

基于我国某地铁钢轨波磨的调研,采用显式有限元法建立了考虑车轮、车轴和钢轨连续体振动以及车辆、轨道高频结构振动的全轮对三维瞬态轮轨滚动接触模型,在时域内数值再现了轮对通过单侧钢轨波磨轨道段时的滚动接触行为,系统分析了单侧钢轨波磨对两侧轮轨瞬态响应的影响。相比于作者之前开发的半轮对滚动接触模型,该模型可将轮轨横向蠕滑和大自旋考虑在内。结果表明：地铁运行速度越高,波磨侧的不均匀磨损现象越严重;计算的五个速度中,波磨造成的瞬态激励在30和120 km/h时更易传递至无波磨侧,进而促进无波磨侧钢轨萌生波磨;轮对越是向波磨侧横移,波磨侧不均匀磨损越严重,但无波磨侧不均匀磨损逐渐降低,即相较于直线段,横移更大的曲线段上的外侧钢轨波磨更不易引发另一侧钢轨的波磨。     

基于高频轮轨接触模型的轨道短波不平顺敏感波长特性分析

轨道短波不平顺是引起轨道-车辆系统高频振动的主要根源,造成轮轨之间剧烈的相互作用力。利用ABAQUS计算软件显式模块建立的轮轨接触有限元模型,用于求解车辆高速运行时轨道短波不平顺作用条件下的高频轮轨接触力。该模型采用轮轨的真实形状建模,并且可引入任意形状的轨道短波不平顺及轨道状态参数。以某高铁线路上实测轨道短波不平顺作为输入,接触模型仿真输出的轮轨垂向力与高速综合检测列车在对应区段上实测轮轨垂向力数据之间的相关系数为0.82,验证了所建模型的正确性。利用高频轮轨模型计算不同速度条件下不同参数的余弦型轨道短波不平顺引起的动态轮轨垂向力,对比分析计算结果表明:动态轮轨垂向力不仅与轨道短波不平顺的幅值有关,还车辆与轨道短波不平顺波长敏感程度有关,在车辆运行速度不低于200 km/h的条件下,车辆对轨道短波不平顺的敏感波长分布在100～200 mm。     

地铁浮轨式减振扣件轨道的轮轨接触有限元分析

为了探究浮轨式减振扣件轨道存在的短波长钢轨波磨问题,采用有限元软件ABAQUS建立三维轮轨静态接触的数值模型,探讨轨道扣件系统垂向刚度和支撑方式对轮轨接触时接触斑、接触压力和钢轨位移等接触参数的影响。结果表明:轨下结构(扣件实体、轨道板等)对浮轨式减振扣件轨道的轮轨静态接触参数影响很小;采用轨腰支撑的浮轨式减振扣件的最大接触压力大于DTVI2型扣件,接触面积小于DTVI2型扣件;浮轨式减振扣件轨道钢轨垂向位移为与DTVI2型扣件的5倍左右,横向位移比DTVI2型扣件轨道小5.2%～13.2%,钢轨翻转角比DTVI2型扣件大146.3%～206.1%;浮轨式减振扣件的垂向刚度对轮轨接触压力分布、接触面积、钢轨横向位移及钢轨翻转角基本没有影响,而对钢轨垂向位移影响较大,垂向刚度越大钢轨垂向位移越小。浮轨式减振扣件较大的钢轨垂向位移及翻转角,降低了轮轨接触的稳定性,易导致波动的轮轨力,萌生钢轨波磨现象,因而需改进该类型扣件的设计,以降低钢轨翻转角。     

三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型及其应用

采用显式有限元法建立三维瞬态滚动接触模型,用于求解高速铁路的轮轨瞬态滚动接触问题。该模型考虑轮轨的真实几何形状,可引入任意接触面不平顺,并可考虑材料的非线性行为。显式有限元的条件稳定性以及由此所决定的极小时间步长使得该模型适合于时域内求解轮轨高速滚动过程中的高频动态或瞬态现象,如分析钢轨焊接接头和波浪形磨损引起的轮轨瞬态冲击响应。因数值重现三维轮对的真实滚动行为,与之相关的自旋、陀螺仪效应等因素自动包含于模型之中。进一步考虑车辆、轨道系统的相关部件,着重研究高速车辆-轨道系统在钢轨波浪形磨损处的瞬态响应及相应的瞬态滚动接触行为。结果显示波浪形磨损与其所激发的动态轮轨接触力间存在相位差,且该相位差随滚动速度增加而减小。这解释了高速线路上波浪形磨损出现后很快进入稳态的现象。     

基于向量式分析的轮轨接触模拟

介绍了一种新的区别于传统有限元方法的计算力学方法——向量式分析方法。在理论公式推导的基础上,通过自编程序,利用该方法对轮轨静态接触问题进行了模拟。计算结果表明,该方法得到的最大轮轨法向接触压力、接触斑大小、Von mises等效应力与Hertz接触理论和有限元软件ANSYS结果仅相差±5%,吻合很好。向量式分析方法具有有效处理连续体大转动的优点,可为进一步模拟高速轮轨滚动接触动态行为提供很好的借鉴。     

钢轨短波长波磨处的高速滚动接触分析

通过对某高速线路上出现的钢轨波磨的现场测量,采用显式有限元法建立三维高速瞬态滚动接触模型,分析轮轨在波磨处的高速（300 km/h）滚动行为。利用实体单元划分具有真实几何的轮对与钢轨,轮轨间的法、切向瞬态滚动接触问题由面面接触算法于时域内求解,同时考虑车辆和轨道系统的主要部件。车轮在光滑钢轨上的滚动结果显示,该模型可以建立起轮轨间稳态滚动接触,为研究表面不平顺处的滚动接触奠定了基础。分析某高速线路的钢轨波磨的波长和波深对轮轨瞬态滚动接触的影响,讨论不同牵引系数条件下波磨处的瞬态滚动接触行为。结果表明：波磨引起的轮轨法、切向接触力均在波长为80 mm（现场观测到的主波长）时达到最大,即数值重现了上述高速线路的波磨主波长;接触力随波深的增大单调递增,但增长率逐渐减少;牵引系数越大,钢轨发生不均匀磨损或塑性变形的可能性越大,即波磨产生的可能性越大。     

接触刚度对高速列车轮轨接触动力学时变特性的影响及其机制

以CRH3型高速列车头车与标准CHN60型轨道为研究对象,利用动力学软件RecurDyn建立车辆-轨道耦合动力学模型;采用弹簧阻尼模型定义轮轨接触关系,跟踪检测服役列车不同运行里程下的车轮粗糙度,根据相关文献的轮轨接触刚度计算结果,对高速轮轨滚动接触动力学性能进行研究,并取该头车的后转向架二位轮对处结果进行数据分析。计算结果表明:随着高速列车运行里程的增加,车轮表面粗糙度减小,使得轮轨接触刚度增大;轮轨横向力随着运行里程的增加先减小后增大,其频率主要分布在10 Hz以下的低频段;轮轨垂向力随着运行里程的增加而增加,并在5、10、28 Hz附近有比较明显的主频率段;轮轨纵向力主要由切向蠕滑力的纵向分量构成,与轮轨垂向力在时域分布和频域分布上均非常相似。     

钢轨动力吸振器对轮轨振动噪声的影响分析

针对有限截取长度轨道结构边界反射波干扰的问题,基于轨道的周期结构特性,采用子结构迭代法建立轨道有限元模型,研究了不同钢轨动力吸振器安装位置、动力吸振器橡胶结构在钢轨上的覆盖面积以及橡胶结构参数对轮轨振动噪声的影响,并对钢轨动力吸振器橡胶结构黏贴失效情况下的降噪性能进行分析.结果显示,轨腰位置安装钢轨动力吸振器对轮轨振动...     

金属切削过程的三维显式动力分析

利用非线性有限元程序LS-DYNA,对低碳钢直角自由切削过程进行三维显式动力分析.模型采用单点积分Lagrange算法的三维显式实体单元solid164,以各向同性应变率相关分段线性塑性材料本构模拟切削层材料,以面-面固连断开接触算法模拟切屑与工件母体的分离过程,以同时考虑滑动摩擦与粘结摩擦的模型模拟切屑与前刀面的接触关系.显式分析结果预测低碳钢切削过程中切削力的大小,切削力分析值与已有实验值相比误差为0.6%;模拟出切屑变形过程中金属晶粒的剪切滑移和流动现象;获得切屑的变形形态及切屑中压力及应力应变的分布情况.     

冲压成形动力分析中惯性效应对板坯变形的影响

为了研究冲压成形过程动力显式有限元分析中惯性效应对板材变形的影响,针对模具几何约束较少的曲面压边圈夹紧阶段建立了一个力学模型,采用能量法对该模型进行了分析,探讨了决定惯性效应对板材变形影响程度的主要因素,提出了合理选择模具运动速度的方法。通过数值计算对力学模型分析结果进行了验证。     

基于动力松弛法的齿轮系统动态接触仿真分析

针对轻载齿轮动态分析仿真中齿轮系统起步阶段经常出现的系统高频振荡问题,提出运用动力松弛理论消除齿轮系统仿真过程中因初始加载产生的系统振荡。首先,分析了对直齿圆柱齿轮系统进行预加载的动力松弛过程。其次,基于LS-DYNA平台提出动力松弛法在齿轮系统动态仿真中的关键技术。最后,通过与传统加载方式的仿真结果对比,验证了该方法用于齿轮系统动态仿真分析求解时的有效性和更好的收敛性。     

轴承间隙及柔性特征对机构动态误差的影响分析

为能够准确、有效地揭示轴承间隙与柔性特征对机构动态误差的影响规律,基于多体动力学理论与Hertz接触理论,提出一种计及轴承间隙与柔性特征影响的多体系统建模方法。该方法采用力约束替代运动约束,构建多体系统环境下的轴承精细化模型。基于该方法,可深入揭示轴承微观动力特性与多体系统宏观动态性能及运动精度之间的映射关系。在此基础上,以含深沟球轴承的曲柄滑块机构为仿真算例,分析轴承间隙与柔性特征对该机构运动位置与速度误差的影响规律。研究表明,轴承内外圈中心形成的相对偏心轨迹的变化特征是由多体系统动态环境下的轴承受载特性决定的;在轴承偏心影响下的机构运动位置与速度误差大小会随曲柄转角位置不同而变化。     

基于ANSYS/LS-DYNA的板材多点成形中回弹的数值模拟

利用有限元软件LS-DYNA对板材冲压成形的回弹进行数值模拟,采用动态显式算法模拟板材成形过程,隐式算法模拟卸载回弹过程;对于不同曲率半径、不同屈服强度的圆柱面成形件进行数值模拟,分析得出回弹趋势和回弹分布,这些结果对于减小因回弹带来的误差、提高成形件的成形精度具有十分重要的现实意义。     

凹模型线对挤压过程的数值模拟和试验研究

本文用数值拟和试验研究相结合的方法分析凹模型线对挤压过程变形状态的影响。模拟计算采用刚塑性有限元法,试验研究用坐标网格法和密栅云纹技术。文章对文献中提出的圆锥凹模、余弦曲线凹模、等应变率曲线凹模、双曲线凹模、椭圆曲线凹模和最短流线凹模,以及另外新设计的正弦曲线凹模,进行数值模拟,得到了各种型线模挤压时的速度场、应力场和应变场,以及由于变形热效应引起的试件和模具温升。并用光刻网格法和密栅云纹法进行试验校核。计算结果与实验结果相互吻合良好,研究结果表明七种曲线凹模中,以新设计的正弦曲线凹模最佳,余弦曲线凹模次之,这两种型线凹模的挤压力低,而且内部应变分布均匀。