钢轨焊接接头应力的有限元分析

论文摘要

当今世界铁路,以无缝线路代替鱼尾板钢轨接头来连接轨道上相邻两根钢轨是一种首选的方法。无缝线路的应用在很大程度上降低轮轨冲击载荷和提高钢轨的使用寿命,但随着铁路运行速度的提高,钢轨焊接接头伤损问题变得越来越严重,从而导致较高的铁路运营成本,直接影响铁路运输安全。因此,开展钢轨焊接接头研究具有很强的理论意义和工程应用背景,并可以取得巨大的经济效益和社会效益。本文以轨道力学理论和有限元法为基础,应用数值仿真方法对焊接接头力学问题进行研究。主要工作如下:1.利用大型有限元软件ANSYS建立弹塑性钢轨焊接接头有限元模型,并进行有限元分析,从而得到钢轨焊缝内弹塑性应力分布状态,并与弹性模型结果比较,研究结果对于揭示轨头的破坏机理具有指导作用。2.将有限元仿真结果与理论公式的计算结果进行比较,从而验证模型的正确性。3.对于钢轨接头的材料特性,主要分析弹性模量、泊松比的影响。弹性模量和泊松比对钢轨焊缝内弹塑性应力场的影响主要表现在对最大剪切应力的影响,而对最大等效应力影响很小。同时还分析了材料屈服强度对钢轨焊缝内弹塑性应力场的影响。4.对于扣件参数,主要分析了横向刚度、轨下垫层刚度对钢轨焊缝内弹塑性应力场的影响。5.最后在全面总结论文工作的基础上,提出了今后可能的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及研究意义
• 1.2 高速铁路无缝线路钢轨焊接技术概述
• 1.2.1 无缝线路钢轨焊接方法
• 1.2.2 钢轨焊接国内外技术应用概况
• 1.3 轨道结构静力学特性的研究概况
• 1.4 有限单元法的发展与应用
• 1.5 本文的研究内容
• 第2章 轨道力学和数值模拟理论
• 2.1 引言
• 2.2 轨道力学
• 2.2.1 作用于轨道上的力
• 2.2.2 钢轨应力及分类
• 2.2.3 轨道竖向受力静力计算
• 2.2.4 轨道横向受力计算
• 2.2.5 轨道动力响应的准静态计算
• 2.3 有限元法数值模拟理论
• 2.3.1 有限元法的基本概念
• 2.3.2 有限元法的基础
• 2.4 本章小结
• 第3章 弹塑性钢轨焊接接头有限元模型
• 3.1 CAE 平台的选择
• 3.2 有限元软件ANSYS 简介
• 3.3 有限元分析流程
• 3.4 定义单元类型
• 3.5 材料特性
• 3.6 钢轨焊接接头建模及单元划分
• 3.7 本章小结
• 第4章 钢轨焊接接头有限元分析与模型验证
• 4.1 有限元模型加载与求解
• 4.2 模拟结果与分析
• 4.3 有限元模型的验证
• 4.4 小结
• 第5章 轨头焊缝内弹塑性应力场的影响参数分析
• 5.1 钢轨弹性模量的影响
• 5.2 钢轨泊松比的影响
• 5.3 材料屈服强度的影响
• 5.4 扣件的影响
• 5.4.1 扣件横向刚度的影响
• 5.4.2 轨下垫层刚度的影响
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录