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三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型及其应用
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:机械工程学报
  • 时间:0
  • 页码:-
  • 分类:U211[交通运输工程—道路与铁道工程]
  • 作者机构:[1]西南交通大学牵引动力国家重点实验室,成都610031
  • 相关基金:国家自然科学基金(U1134202,50705078)、国家重点基础研究发展计划(973计划,2011CB711103)、教育部创新团队0RT1178)和国家重点实验室自主研究课题资助项目.
  • 相关项目:高速列车轮轨接触与粘着行为和磨耗机理研究
中文摘要:

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,与之相关的白旋、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。

英文摘要:

3D transient finite element(FE) model is developed by an explicit time integration scheme to solve the dynamic wheel-rail rolling contact at high speeds. Actual geometries of the wheelset and rail are considered in the model together with arbitrary irregularities in the contact surfaces. Material nonlinearities of the wheel-rail can also be included. A tiny time step is required in the simulation due to the conditional stability of the explicit time integration scheme, which makes the model suitable for solving the (high frequency) dynamic or transient wheel-rail rolling contact at high speeds, e.g. wheels rolling over joints and corrugated rails. Moreover, spin of the rolling contact and gyroscopic effect of the rotating wheelset are automatically taken into account by simulating the rolling behavior. Through further including the related components of the vehicle and track systems, dynamic responses of the high-speed vehicle-track system at a corrugated rail is studied in detail together with the transient solutions of rolling contact. It is found that a phase difference exists between a rail corrugation and the dynamic contact force excited by it, and this phase difference decreases with the increase of rolling speed. This explains why the rail corrugation on a high-speed line reaches steady states soon after being initiated.

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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
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  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
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  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
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  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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