城轨车辆轮对与辙叉接触的有限元研究

论文摘要

当前世界铁路正朝着高速重载的方向发展,随之而来的列车牵引对轮轨粘着的要求也越来越高,轮轨的波浪形磨耗、轨道侧磨、轮缘踏面磨耗等一系列轮轨磨耗问题解决与否直接影响铁路的快速发展。由于铁路运输具有节约空间、载运量大、经济环保等优点,近些年来,轨道交通越来越多的应用到城市交通事业。我国人口密度大,相对集中,尤其在一些大城市存在着交通拥挤、事故频发的现象,给城市建设和道路维护等带来一系列的问题。城市轨道客车是城市中比较先进的载运交通工具,在我国的一些大城市,如北京、上海、大连等都修建了地铁或轻轨,用来运输大量的乘客。正因为如此,它的安全问题比较突出。在实际运营过程中出现了一系列问题,大连金马快轨的轮轨间出现了非正常磨耗现象。这一问题的解决虽然涉及到很多学科,但是都必须以轮轨接触为基础来研究,轮轨接触应力和接触位置是其核心的研究内容。本文按照轮轨实际几何关系建立了真正的三维模型,完全避免了传统的解析或半解析法中的Hertz假设和弹性半空间假设。经过实地考察和分析,大连金马轮轨（磨耗型踏面和50kg/m-12辙叉）磨耗问题主要出现在辙叉上,本文建立了二维和三维有限元计算模型。根据计算结果比较分析了锥形踏面和磨耗型踏面在辙叉不同的接触位置的接触应力,以及磨耗位置。最后得出产生这一问题的原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 第一章 轮轨关系的研究现状
• 1.1 轮轨关系的研究
• 1.2 铁路道岔的发展
• 1.3 国内外对轮轨磨耗问题的认识和研究
• 1.4 解决问题的方法
• 1.5 本章小结
• 第二章 接触理论与有限元方法
• 2.1 接触力学
• 2.2 有限单元法简介
• 2.2.1 有限元的发展
• 2.2.2 有限元基本思想
• 2.2.3 有限单元法分析过程
• 2.3 ANSYS 软件介绍
• 2.3.1 ANSYS 系统简介
• 2.3.2 ANSYS 的功能简介
• 2.4 本章小结
• 第三章 车轮和辙叉实体建模过程
• 3.1 锥形踏面车轮/辙叉系统的计算模型
• 3.1.1 计算模型的确定
• 3.1.2 计算模型的边界条件
• 3.2 用ANSYS 建立二维模型
• 3.3 建立轮轨三维模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 车轮和辙叉接触的二维有限元分析
• 4.1 轮轨接触位置的确定
• 4.2 锥形踏面D-D 接触面三种接触位置的接触压力比较分析
• 4.3 锥形踏面不同截面接触压力比较
• 4.4 磨耗型踏面不同截面的接触压力比较
• 4.5 锥形踏面D-D 截面的Mises 应力比较分析
• 4.6 锥形踏面不同截面的Mises 应力分析
• 4.7 磨耗型踏面不同截面的Mises 的应力比较
• 4.8 本章小结
• 第五章 三维模型计算结果分析
• 5.1 锥形踏面D-D 截面三种接触位置的接触压力比较
• 5.2 锥形踏面不同截面的接触压力比较
• 5.3 磨耗型踏面不同截面的接触压力比较
• 5.4 锥形踏面D-D 截面的Mises 应力比较
• 5.5 锥形踏面不同截面Mises 应力比较
• 5.6 磨耗型踏面不同截面的Mises 应力比较
• 5.7 轴重对Mises 应力的影响
• 5.8 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢