考虑接触表面粗糙度的轮轨黏着特性数值分析
发布时间：2021-02-19 17:37
轮轨黏着问题是轮轨接触研究的关键问题。随着国内高速铁路的迅猛发展,车轮和钢轨的磨耗愈加严重,低黏着现象也愈加频繁。轮轨黏着的控制是保证行车安全和保障铁路正常运营必须考虑的。目前,国内外的学者对基于粗糙表面接触的轮轨黏着问题研究较少;且随着运行速度增加,库伦摩擦定律愈加难以刻画轮轨间的滚滑运动。传统的数值方法假定理想的轮轨接触表面是光滑的,即忽略表面粗糙度,将库仑摩擦定律应用于接触斑内的每一点。因此需要从理论以及数值仿真的角度研究考虑粗糙度的轮轨黏着特性。本文基于实测的轮轨表面的粗糙度,利用Matlab程序生成了相互接触的粗糙轮轨表面。在法向接触上通过对Hertz接触理论的修正,对法向应力在实际接触的微凸体接触对上的再分配,获得了考虑粗糙度的法向上轮轨法向接触应力分布。在切向接触上基于动摩擦模型和微凸体弹塑性接触的仿真结论,对每个微凸体接触对的从建立接触到拉伸、再到缩颈最后到断裂以及经过短暂的间隔时间后重新建立链接的整个生命周期进行模拟。建立了从微米尺度到米尺度轮轨黏着数值分析模型。主要内容和结论如下:1)通过数值仿真的结果与室内轮轨对滚机试验数据和室外线路实测数据的对比发现,不论是高速...
【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】：
粗糙表面微凸体接示意图
摩擦启动瞬间摩擦界面由完全黏着过渡为为完全滑动时摩擦力及接触面积等的动态现象。针对这一实验过程，类似于Earthquake-like模型如图1-2所示，O. M Braun建立反映粗糙度及摩擦接触界面细观机理的数值模型，数值重现了实验中反映的界面从静摩擦启动至动摩擦的动态过程[45]。虽然此模型中尚有个别参数的取值尚需进一步研究验证，但其在描述摩擦界面复杂的瞬态特性方面展示了强大的有效性，显示了细观摩擦模型可以解释许多库伦摩擦模型所不能描述的实验现象。。图 1-2 动态弹簧摩擦数值模型对摩擦规律的深化认识研究进展，必然深刻地影响对轮轨接触的研究。事实上，轮轨滚滑接触的过程中，轮轨接触的界面自然存在着由粘滞区过渡为滑动区的动态过程。传统研究中通常使用库伦摩擦系数刻画切向作用来研究稳态特性，本项目拟建立能刻画轮轨空间曲面接触的切向细观模型，刻画轮轨滚动接触的动态摩擦特性，并用于研究轮轨的接触行为、刻画接触区附近材料的应力分布等。细观摩擦接触模型的在轮轨接触动力学中的应用
第2章粗糙轮轨表面微凸体接触理论在微观尺度上，轮轨表面并非光滑的理想平面，而是存在着许多被称为微凸体的不规则粗糙峰。一般当表面波纹度的波距小于1mm时则视作表面粗糙度。如图2-1所示，名义接触面积是两接触体在宏观上的接触边界所确定的面积，而真实接触面积则是实际承载载荷的微凸体的接触面积之和。因此若考虑接触界面微凸体的存在，真实接触面积远小于名义接触面积。本章主要介绍模型对于粗糙表面上粗糙度的模拟，以及微凸体的法向接触和切向接触的模拟，同时还将通过对比室内试验和线路测试数据验证模型的有效性。图 2-1 接触面积示意图2.1 粗糙度的模拟真实物体的表面不是理想光滑的表面。当两个物体相接触时，仅有俩表面中微凸体峰值相隔较近的离散点接触，这些离散的接触面积的总和即为真实接触面积。当荷载变化、两接触表面的硬度不同时，摩擦过程中还会引起真实接触面积的变化。在接触面以外的地方都存在空隙
【参考文献】：
期刊论文
[1]函数型摩擦系数对轮轨滚动接触行为的影响分析[J]. 安博洋,马道林,王平,徐井芒,杜彦良. 铁道学报. 2017(07)
[2]高速轮轨关系试验台仿真模型的建立及验证[J]. 周春阳,王俊彪,常崇义. 铁道机车车辆. 2017(01)
[3]应用改进分形几何理论的结合部切向刚度模型[J]. 田红亮,陈从平,方子帆,赵春华,朱大林,刘加伟,林卫共,郭江洪,晏红. 西安交通大学学报. 2014(07)
[4]轮轨接触振动及其对轮轨粘着的影响[J]. 孙琼. 铁道机车车辆. 2002(S1)
[5]高速轮轨粘着机理试验研究[J]. 张卫华,周文祥,陈良麒,金学松,黄丽湘. 铁道学报. 2000(02)
[6]轮轨粘着-蠕滑特性试验研究[J]. 金雪岩,刘启跃,王夏秋. 铁道学报. 2000(01)
博士论文
[1]轮轨黏着特性试验研究[D]. 申鹏.西南交通大学 2012
[2]有限元轮轨滚动接触理论及其应用研究[D]. 常崇义.中国铁道科学研究院 2010
硕士论文
[1]高速列车轮轨接触刚度和接触阻尼研究与分析[D]. 方姣.华东交通大学 2018
[2]高速轮轨黏着特性数值分析[D]. 吴兵.西南交通大学 2011
本文编号：3041458
【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】：
粗糙表面微凸体接示意图
摩擦启动瞬间摩擦界面由完全黏着过渡为为完全滑动时摩擦力及接触面积等的动态现象。针对这一实验过程，类似于Earthquake-like模型如图1-2所示，O. M Braun建立反映粗糙度及摩擦接触界面细观机理的数值模型，数值重现了实验中反映的界面从静摩擦启动至动摩擦的动态过程[45]。虽然此模型中尚有个别参数的取值尚需进一步研究验证，但其在描述摩擦界面复杂的瞬态特性方面展示了强大的有效性，显示了细观摩擦模型可以解释许多库伦摩擦模型所不能描述的实验现象。。图 1-2 动态弹簧摩擦数值模型对摩擦规律的深化认识研究进展，必然深刻地影响对轮轨接触的研究。事实上，轮轨滚滑接触的过程中，轮轨接触的界面自然存在着由粘滞区过渡为滑动区的动态过程。传统研究中通常使用库伦摩擦系数刻画切向作用来研究稳态特性，本项目拟建立能刻画轮轨空间曲面接触的切向细观模型，刻画轮轨滚动接触的动态摩擦特性，并用于研究轮轨的接触行为、刻画接触区附近材料的应力分布等。细观摩擦接触模型的在轮轨接触动力学中的应用
第2章粗糙轮轨表面微凸体接触理论在微观尺度上，轮轨表面并非光滑的理想平面，而是存在着许多被称为微凸体的不规则粗糙峰。一般当表面波纹度的波距小于1mm时则视作表面粗糙度。如图2-1所示，名义接触面积是两接触体在宏观上的接触边界所确定的面积，而真实接触面积则是实际承载载荷的微凸体的接触面积之和。因此若考虑接触界面微凸体的存在，真实接触面积远小于名义接触面积。本章主要介绍模型对于粗糙表面上粗糙度的模拟，以及微凸体的法向接触和切向接触的模拟，同时还将通过对比室内试验和线路测试数据验证模型的有效性。图 2-1 接触面积示意图2.1 粗糙度的模拟真实物体的表面不是理想光滑的表面。当两个物体相接触时，仅有俩表面中微凸体峰值相隔较近的离散点接触，这些离散的接触面积的总和即为真实接触面积。当荷载变化、两接触表面的硬度不同时，摩擦过程中还会引起真实接触面积的变化。在接触面以外的地方都存在空隙
【参考文献】：
期刊论文
[1]函数型摩擦系数对轮轨滚动接触行为的影响分析[J]. 安博洋,马道林,王平,徐井芒,杜彦良. 铁道学报. 2017(07)
[2]高速轮轨关系试验台仿真模型的建立及验证[J]. 周春阳,王俊彪,常崇义. 铁道机车车辆. 2017(01)
[3]应用改进分形几何理论的结合部切向刚度模型[J]. 田红亮,陈从平,方子帆,赵春华,朱大林,刘加伟,林卫共,郭江洪,晏红. 西安交通大学学报. 2014(07)
[4]轮轨接触振动及其对轮轨粘着的影响[J]. 孙琼. 铁道机车车辆. 2002(S1)
[5]高速轮轨粘着机理试验研究[J]. 张卫华,周文祥,陈良麒,金学松,黄丽湘. 铁道学报. 2000(02)
[6]轮轨粘着-蠕滑特性试验研究[J]. 金雪岩,刘启跃,王夏秋. 铁道学报. 2000(01)
博士论文
[1]轮轨黏着特性试验研究[D]. 申鹏.西南交通大学 2012
[2]有限元轮轨滚动接触理论及其应用研究[D]. 常崇义.中国铁道科学研究院 2010
硕士论文
[1]高速列车轮轨接触刚度和接触阻尼研究与分析[D]. 方姣.华东交通大学 2018
[2]高速轮轨黏着特性数值分析[D]. 吴兵.西南交通大学 2011
本文编号：3041458
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