钢轨端部弯曲的压力矫直计算研究

论文摘要

钢轨平直度直接影响着列车的运行速度和旅客的舒适性,甚至危及行车的安全性。在钢轨的生产过程中,一般采用多辊式矫直机进行矫直以保证其平直度。然而,经辊式矫直机矫直后的钢轨在端部仍会存在矫直盲区,端部弯曲使得在铁路线路上的钢轨对接有困难,给行车带来影响,因此还需采用压力矫直机对钢轨端部进行补充矫直。所以,如何保证钢轨端部平直度就成为一个研究重点。本文在现有矫直过程模型的研究基础上,采用“理论分析-有限元模拟-现场实验数据分析”相结合的研究方法,针对钢轨端部弯曲的压力矫直问题展开研究。主要工作如下:以弹塑性力学理论为基础,分析了压力矫直变形过程,依据压力矫直工艺流程指出了主要矫直工艺参数。对现有的压力矫直工艺参数计算方法进行了总结,针对目前工艺参数理论计算方法所存在的不足,本文将从基于矫直过程模型这一角度进行矫直工艺参数的理论计算研究,并对矫直过程模型进行了详细介绍。鉴于有限元方法在压力矫直问题中的成功应用,本文结合钢轨实例在ANSYS软件中进行了压力矫直过程的有限元模拟,获得了矫直过程的载荷-挠度曲线,同时对矫直压力与残余应力的关系进行分析。为便于钢轨端部弯曲的理论计算研究,对钢轨横截面进行了简化。在现有矩形截面和轴类工件的压力矫直过程模型研究基础上,推导建立了工字截面工件的矫直过程模型,获得钢轨端部弯曲矫直所需矫直载荷和矫直行程的计算方法。运用该计算方法结合实例进行了矫直工艺参数的理论计算,并将该理论计算结果与ANSYS模拟结果进行比较,发现二者的计算结果非常接近,误差较小。在一定程度上验证了基于矫直过程模型的理论计算方法的正确性。采用工字截面试件进行了类比实验,通过比较发现,依据矫直过程模型进行理论计算所得和实验所得载荷-挠度曲线吻合良好,证实了基于矫直过程模型的理论计算方法的正确性,验证了该模型在工字截面类试件的矫直工艺参数计算方面的适用性。说明该模型可以有效的用于钢轨端部弯曲的压力矫直工艺研究,并为相应钢轨矫直机的研发提供了一定的理论指导,具有实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的意义及目的
• 1.1.1 研究的意义
• 1.1.2 研究的目的
• 1.2 相关的研究现状
• 1.2.1 压力校直的研究现状
• 1.2.2 钢轨压力矫直的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 压力矫直工艺理论基础
• 2.1 压力矫直工艺过程及参数
• 2.1.1 压力矫直工艺过程
• 2.1.2 压力矫直工艺参数
• 2.2 压力矫直工艺参数计算方法
• 2.2.1 基于有限元的计算方法
• 2.2.2 基于弹塑性弯曲的理论计算方法
• 2.2.3 基于经验公式的计算方法
• 2.3 矫直过程模型概述
• 2.3.1 矫直过程模型及其应用
• 2.3.2 矫直过程模型的建立步骤
• 2.4 本章小结
• 第三章 钢轨端部压力矫直的有限元分析
• 3.1 有限元方法及其应用
• 3.1.1 有限元方法简介
• 3.1.2 ANSYS 及其应用简介
• 3.1.3 材料非线性问题
• 3.2 钢轨压力矫直的有限元分析
• 3.2.1 几何模型的建立
• 3.2.2 材料参数的确定
• 3.2.3 网格划分
• 3.2.4 加载求解和后处理
• 3.2.5 模拟结果分析
• 3.2.6 残余应力的分析
• 3.3 钢轨截面简化的有限元分析
• 3.3.1 简化原则
• 3.3.2 简化计算
• 3.3.3 简化结果分析
• 3.4 本章小节
• 第四章 钢轨端部压力矫直的理论计算
• 4.1 钢轨的弯矩计算
• 4.1.1 弹性弯矩计算
• 4.1.2 弹塑性弯矩计算
• 4.2 钢轨端部矫直过程模型的建立和求解
• 4.2.1 弹塑性变形阶段的载荷范围
• 4.2.2 弹性区域长度
• 4.2.3 计算总压下挠度δΣ
• 4.2.4 x 与ξ的关系
• 4.2.5 获得矫直过程模型
• 4.2.6 矫直过程模型的求解
• 4.3 实例计算
• 4.3.1 60kg/m 钢轨实例
• 4.3.2 75kg/m 钢轨实例
• 4.3.3 计算结果与分析
• 4.4 本章小节
• 第五章 实验验证和分析
• 5.1 实验目的和步骤
• 5.1.1 实验目的
• 5.1.2 实验步骤
• 5.2 矫直过程模型的实验验证
• 5.2.1 工字截面试件实验验证
• 5.2.2 结论及误差原因分析
• 5.3 影响因素的实验分析
• 5.3.1 模型对支点距离适应性的实验验证
• 5.3.2 保压时间对矫直工艺影响的实验分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 主要工作回顾
• 6.2 本课题今后需进一步研究的地方
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文及参与的科研项目