基于W-M分形函数的轮轨滑动接触热响应分析

利用W-M分形函数，建立考虑钢轨表面粗糙的二维轮轨弹性接触模型，进而引入温度对材料参数和摩擦系数的影响，采用直接耦合法模拟车轮以1m/s速度沿钢轨滑动45mm，阐明粗糙表面的轮轨滑动接触热响应的特性。利用Hertz理论验证了有限元接触算法的精确性，在此基础上研究了表面廓形影响下的接触应力随分形函数自变量维数D和尺度系数G变化的规律，验证了有限元模型模拟粗糙表面的可靠性。研究结果表明：粗糙表面对轮轨温度场分布特点没有影响，但会引起轮轨表面温度和温升过程的波动；车轮最高温度相差4℃，钢轨最高温度相差10℃，且车轮最高温度更高；车轮和钢轨表面的温度波动受D和G的控制，但影响规律存在差异：钢轨表面温度随D和G的改变线性变化，而车轮表面温度变化未体现类似的线性关系。因此，可借助轮轨表面粗糙度特征对钢轨温度波动进行合理预测。