适用于高频动力分析的轮轨接触简化模型研究
发布时间：2020-12-14 16:10
精确预测高频动力作用下的轮轨相互作用和瞬态滚滑行为一直是轮轨关系研究的基础也是该研究领域的难题之一。针对轮轨高频动力作用问题,传统上多采用动力学方法,该方法计算时间成本低但在高频动力条件下的计算精度不足。近年来,虽然基于显式有限元方法的高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型已逐渐成熟,可适用于轮轨高频动力作用的计算,但计算成本过高,很难应用于大批量或实时分析。本论文建立了基于显式有限元的三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型和基于多体动力学的车轮—轨道耦合动力学模型和车辆动力学模型,详细对比了三种模型在典型短波波磨激励下的动态法向接触力预测结果,提出了适用于车轮—轨道耦合动力学模型的法向接触修正模型,在保持计算成本不变的前提下,提高其高频法向接触力预测精度。第一章首先综述了国内外轮轨滚动接触理论的发展现状,详细介绍了轮轨接触模型的最新研究进展,阐述了动力学模型与瞬态滚动接触有限元模型在分析轮轨滚动接触方面的优缺点,阐明了改进车辆—轨道耦合动力学模型中法向接触模型的必要性。第二章详细介绍了本论文所建立的三个分析模型,具体包括基于显式有限元的三维高速轮轨瞬态滚动接触模型和基于多体动力学的车轮—轨道耦合...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种常见轮轨损伤[9]
本部分工作也着重说明了三种模型在接触建模方面的差异。（3）针对 Hertz 接触工况，详细对比了典型钢轨短波波磨（波长 20~140 mm、 0.01~0.20 mm）激励和 150~500 km/h 速度条件下三维高速轮轨瞬态滚动接触有限型、车轮—轨道耦合动力学和车辆动力学模型的高频接触力预测结果，分析了两力学模型预测的接触力相比瞬态滚动接触模型的高估量以及不同速度、波磨几何轨动态响应的影响。（4）由于在高频动力响应中，车辆动力学模型有很大的局限性，对该模型进行的意义不大，因此详细分析瞬态滚动接触模型和车轮—轨道耦合动力学模型预测触力幅值与波磨波长、车轮滚动速度以及激励频率的关系，对比两者的差异，并态滚动接触模型结果为基准，提出了通过修改 Hertz 接触刚度达到修正车轮—轨道动力学模型的目的，通过大量工况的计算，拟合出修正系数函数。（5）使用修正后的车轮—轨道耦合动力学模型重新计算第四章中的工况，并将果与瞬态滚动接触模型结果进行对比，分析修正后的车轮—轨道耦合动力学模型的接触力幅值的误差。最后对本文研究成果进行总结并提出展望。
(a) 结构图 (b) 网格图图 2-1 三维瞬态滚动接触有限元模型表 2-1 有限元模型涉及参数取值参数数值簧上质量 Mc(kg) 7390一系悬挂 刚度系数 Kp(MN/m) 0.66阻尼 Cp(kN·s/m)3簧下质量 车轮 Mw(kg)610车轮、钢轨材料 弹性模量 Ew(GPa)205.9密度 ρw(kg/m3)7790泊松比 υw 0.3阻尼常数 βw(s)1.0 ×10-4支撑层 弹性模量 Es(MPa)6密度 ρs(kg/m3)2400泊松比 υs 0.25
【参考文献】：
期刊论文
[1]地铁钢轨滚动接触疲劳损伤研究[J]. 梁喜仁,陶功权,陆文教,关庆华,温泽峰. 机械工程学报. 2019(02)
[2]钢轨短波长波磨处的高速滚动接触分析[J]. 刘超,赵鑫,安博洋,温泽峰,金学松. 润滑与密封. 2015(08)
[3]车轮擦伤对高速轮轨接触行为的影响[J]. 凌亮,曹亚博,肖新标,温泽峰,金学松. 铁道学报. 2015(07)
[4]轮对前2阶弯曲模态对动力学行为的影响(英文)[J]. Shuo-qiao ZHONG,Jia-yang XIONG,Xin-biao XIAO,Ze-feng WEN,Xue-song JIN. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2014(12)
[5]三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型及其应用[J]. 赵鑫,温泽峰,王衡禹,金学松. 机械工程学报. 2013(18)
[6]高速列车车轮多边形化对车辆动力学性能的影响[J]. 王忆佳,曾京,罗仁,高浩. 四川大学学报(工程科学版). 2013(03)
[7]重载铁路车轮磨耗和滚动接触疲劳研究[J]. 李霞,温泽峰,金学松. 铁道学报. 2011(03)
[8]高速列车车轮不圆顺磨耗仿真及分析[J]. 罗仁,曾京,邬平波,戴焕云. 铁道学报. 2010(05)
[9]列车车轮不圆顺的研究现状[J]. 王伟,曾京,罗仁. 国外铁道车辆. 2009(01)
[10]考虑轮对弹性时车辆运动稳定性分析[J]. 万鹏,翟婉明,王开云. 铁道车辆. 2008(06)
博士论文
[1]考虑轮对弹性和旋转走行的高速轮轨系统动力学性能研究[D]. 杨光.北京交通大学 2017
[2]地铁钢轨波磨成因及其对车辆/轨道行为的影响[D]. 李伟.西南交通大学 2015
[3]复杂环境状态下高速列车脱轨机理研究[D]. 肖新标.西南交通大学 2013
[4]轮轨滚动接触疲劳损伤机理研究[D]. 郭俊.西南交通大学 2006
[5]钢轨波浪形磨损研究[D]. 温泽峰.西南交通大学 2006
硕士论文
[1]擦伤对车轮材料磨损及滚动接触疲劳的影响研究[D]. 陈彦佐.西南交通大学 2018
[2]高速车轮擦伤引起的瞬态响应分析[D]. 安博洋.西南交通大学 2015
[3]铁路车轮非圆化对车辆—轨道系统动力学行为的影响[D]. 刘逍远.西南交通大学 2012
本文编号：2916647
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种常见轮轨损伤[9]
本部分工作也着重说明了三种模型在接触建模方面的差异。（3）针对 Hertz 接触工况，详细对比了典型钢轨短波波磨（波长 20~140 mm、 0.01~0.20 mm）激励和 150~500 km/h 速度条件下三维高速轮轨瞬态滚动接触有限型、车轮—轨道耦合动力学和车辆动力学模型的高频接触力预测结果，分析了两力学模型预测的接触力相比瞬态滚动接触模型的高估量以及不同速度、波磨几何轨动态响应的影响。（4）由于在高频动力响应中，车辆动力学模型有很大的局限性，对该模型进行的意义不大，因此详细分析瞬态滚动接触模型和车轮—轨道耦合动力学模型预测触力幅值与波磨波长、车轮滚动速度以及激励频率的关系，对比两者的差异，并态滚动接触模型结果为基准，提出了通过修改 Hertz 接触刚度达到修正车轮—轨道动力学模型的目的，通过大量工况的计算，拟合出修正系数函数。（5）使用修正后的车轮—轨道耦合动力学模型重新计算第四章中的工况，并将果与瞬态滚动接触模型结果进行对比，分析修正后的车轮—轨道耦合动力学模型的接触力幅值的误差。最后对本文研究成果进行总结并提出展望。
(a) 结构图 (b) 网格图图 2-1 三维瞬态滚动接触有限元模型表 2-1 有限元模型涉及参数取值参数数值簧上质量 Mc(kg) 7390一系悬挂 刚度系数 Kp(MN/m) 0.66阻尼 Cp(kN·s/m)3簧下质量 车轮 Mw(kg)610车轮、钢轨材料 弹性模量 Ew(GPa)205.9密度 ρw(kg/m3)7790泊松比 υw 0.3阻尼常数 βw(s)1.0 ×10-4支撑层 弹性模量 Es(MPa)6密度 ρs(kg/m3)2400泊松比 υs 0.25
【参考文献】：
期刊论文
[1]地铁钢轨滚动接触疲劳损伤研究[J]. 梁喜仁,陶功权,陆文教,关庆华,温泽峰. 机械工程学报. 2019(02)
[2]钢轨短波长波磨处的高速滚动接触分析[J]. 刘超,赵鑫,安博洋,温泽峰,金学松. 润滑与密封. 2015(08)
[3]车轮擦伤对高速轮轨接触行为的影响[J]. 凌亮,曹亚博,肖新标,温泽峰,金学松. 铁道学报. 2015(07)
[4]轮对前2阶弯曲模态对动力学行为的影响(英文)[J]. Shuo-qiao ZHONG,Jia-yang XIONG,Xin-biao XIAO,Ze-feng WEN,Xue-song JIN. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2014(12)
[5]三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型及其应用[J]. 赵鑫,温泽峰,王衡禹,金学松. 机械工程学报. 2013(18)
[6]高速列车车轮多边形化对车辆动力学性能的影响[J]. 王忆佳,曾京,罗仁,高浩. 四川大学学报(工程科学版). 2013(03)
[7]重载铁路车轮磨耗和滚动接触疲劳研究[J]. 李霞,温泽峰,金学松. 铁道学报. 2011(03)
[8]高速列车车轮不圆顺磨耗仿真及分析[J]. 罗仁,曾京,邬平波,戴焕云. 铁道学报. 2010(05)
[9]列车车轮不圆顺的研究现状[J]. 王伟,曾京,罗仁. 国外铁道车辆. 2009(01)
[10]考虑轮对弹性时车辆运动稳定性分析[J]. 万鹏,翟婉明,王开云. 铁道车辆. 2008(06)
博士论文
[1]考虑轮对弹性和旋转走行的高速轮轨系统动力学性能研究[D]. 杨光.北京交通大学 2017
[2]地铁钢轨波磨成因及其对车辆/轨道行为的影响[D]. 李伟.西南交通大学 2015
[3]复杂环境状态下高速列车脱轨机理研究[D]. 肖新标.西南交通大学 2013
[4]轮轨滚动接触疲劳损伤机理研究[D]. 郭俊.西南交通大学 2006
[5]钢轨波浪形磨损研究[D]. 温泽峰.西南交通大学 2006
硕士论文
[1]擦伤对车轮材料磨损及滚动接触疲劳的影响研究[D]. 陈彦佐.西南交通大学 2018
[2]高速车轮擦伤引起的瞬态响应分析[D]. 安博洋.西南交通大学 2015
[3]铁路车轮非圆化对车辆—轨道系统动力学行为的影响[D]. 刘逍远.西南交通大学 2012
本文编号：2916647
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