高速車輪擦傷引起的瞬態(tài)響應分析.pdf

1、車輪踏面擦傷是最早為人所知的車輪踏面損傷形式。時至今日，在高速、重載鐵路的迅猛發(fā)展的前提下，它依然是引起車輪不圓度的主要因素之一。通過建立三維瞬態(tài)有限元模型并引入三維擦傷幾何缺陷，本論文系統(tǒng)研究了車輪擦傷存在時的高速輪軌滾動接觸和相應的車輛—軌道高頻耦合動力作用。
　　首先，簡單介紹了高速車輪擦傷工程背景和文獻研究，指出了建立三維瞬態(tài)有限元模型研究擦傷的必要性。
　　其次，詳細介紹了所建立的考慮三維擦傷幾何的滾動接觸有限元模

2、型。模擬采用LMa踏面的車輪與CHN60鋼軌在無缺陷條件下的瞬態(tài)滾動接觸，通過對比廣泛為人接受的CONTACT滾動接觸程序的解，從蠕滑力/率曲線角度完成了對模型的驗證。
　　利用驗證的有限元模型，第三章詳細分析了車輪擦傷處的瞬態(tài)滾動接觸行為。發(fā)現(xiàn)帶擦傷車輪在不同速度下發(fā)生兩點接觸或輪軌脫離現(xiàn)象，且會伴隨瞬時全滑動滾動狀態(tài)。與基于剛體假設的動力學建模相比，本模型考慮了輪軌的質量分布及彈性變形，這使得所預測的車輪擦傷臨界速度大大提高。

3、
　　第四章中引入了實測的考慮應變率效應的彈塑性材料本構關系，詳細分析了其對擦傷處瞬態(tài)滾動接觸解的影響。相比彈性材料，彈塑性條件下擦傷邊緣處的等效應力水平顯著降低。沖擊處考慮應變率效應的彈塑性材料存在的殘余應力較光滑表面的結果低，或可對二次沖擊產(chǎn)生顯著的影響。
　　第五章考慮了隨相對滑移速度變化的摩擦系數(shù)對滾動接觸解的影響，提出了一種通用的接觸斑粘著—滑移區(qū)判斷方法。結果顯示，相比庫倫摩擦函數(shù)，速度型摩擦模型會顯著地影響擦傷

4、引起的沖擊現(xiàn)象。
　　之后，在時、頻域內研究了軸箱加速度隨擦傷幾何、運行速度等參數(shù)的變化，為車輪擦傷的在線自動檢測系統(tǒng)提供特征信號與擦傷之間的關系數(shù)據(jù)庫，這構成第六章內容。該模型所得的軸箱加速度結果的可靠性已在文獻中得以驗證。相比光滑工況，車輪擦傷會激起兩個特征模態(tài)，其頻率分別為1099 Hz和1798 Hz，這在軸箱加速度信號中得到充分展現(xiàn)，且這兩個頻率的峰值會隨著擦傷尺寸的增加顯著提高。時域內的最大軸箱加速度值和最大輪軌法向力