钢轨波磨指数与轨道短波不平顺关系研究

发布时间：2021-10-24 10:54

　　采用ABAQUS软件及轮轨真实形状尺寸参数,建立轮轨高频接触有限元模型;以我国某高速铁路钢轨波磨区段实测轨道短波不平顺作为有限元模型输入,在时域和频域上对比轴箱垂向加速度仿真结果与实测数据,验证模型的准确性;仿真计算钢轨波磨区段不同幅值轨道短波不平顺工况下轮轨垂向力、轴箱垂向加速度分布特性,研究钢轨波磨指数与轨道短波不平顺幅值之间的关系。结果表明:在钢轨波磨区段,轮轨垂向力最大值与钢轨波磨指数最大值出现的位置对应良好,在轮轨不脱离接触的前提下,钢轨波磨指数与轨道短波不平顺具有较好的线性相关性;通过曲线拟合可知,在钢轨波磨波长为150 mm时,轨道短波不平顺幅值为0.10和0.12 mm时对应的钢轨波磨指数分别为5.12和6.68。 

【文章来源】：中国铁道科学. 2020,41(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

轮轨接触模型

采用ABAQUS软件建立轮轨接触有限元模型如图2所示。其中，车轮和轨道均采用实际几何形状建模，车轮踏面为LMA型，轮对空心轴内径为60 mm，钢轨采用60N廓形钢轨参数，轨道底部设置1∶40的轨底坡。模型中钢轨长度为15 m，包含23个轨枕、轨枕间距为650 mm。轮轨接触时，在接触面法线方向上采用“面—面”硬接触算法，在接触面切线方向上轮轨之间的摩擦力系数设置为0.4。合理均匀的单元网格尺寸有助于提高有限元分析结果的精度，但数量巨大的实体单元在数值计算过程中占用大量计算机内存，造成计算机运算速度缓慢。为兼顾计算精度与速度，采用8节点六面体单元划分网格时，根据在轮轨计算中受关注程度的不同，在不同区域划分不同尺寸的单元网格，接近轮轨接触部位区域的网格尺寸较小、单元较密，远离关注区域的实体网格尺寸较大、单元较疏，有限元模型中共包括96万个单元及110万个节点。

有限元模型中，轨道和车轮接触部位尺寸分别用1,2,3和4 mm的六面体实体单元划分网格，轮对运行速度为300 km·h-1时，AB段钢轨未施加轨道不平顺条件下轮轨垂向力波形如图3 (a）所示。为了方便波形对比，图3 (b）是将图3 (a）中的曲线在y轴方向上平移后的结果。由图3可知，当轨道处于理想平顺状态时，由于轨枕、扣件系统等对钢轨的不连续支撑作用引起轨道刚度的周期性变化，造成轮轨垂向力的波形在静轮重为70.3 k N附近、±2 k N等间距波动，周期性波动的波长等于轨枕间距，这与高速综合检测列车上采用测力轮对技术实测得到的轮轨垂向力数据波形特征相符。动态轮轨垂向力数据的波动范围与网格尺寸大小选择相关，在图3 (b）中随着实体单元网格的尺寸从1 mm增加到4 mm，动态轮轨垂向力波动值依次为0.68,0.81,0.98和1.23 k N，在有限元模型计算时，上述4种工况所耗时间比为9.4∶5.1∶3.5∶1.0。兼顾计算精度和计算时间，在下文计算中将有限元模型轮轨接触区域的单元网格最小尺寸选为2 mm。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高频轮轨接触模型的轨道短波不平顺敏感波长特性分析[J]. 牛留斌,刘金朝.  机械工程学报. 2019(08)
[2]有砟轨道轮轨力功率谱曲线的拟合模型[J]. 牛留斌,刘金朝,李谷,祖宏林,杨飞.  中国铁道科学. 2017(02)
[3]评判高铁轨道短波不平顺病害的轨道冲击指数法[J]. 刘金朝,陈东生,赵钢,刘伶萍,孙善超,郭剑峰,梁志明.  中国铁道科学. 2016(04)



本文编号：3455158