高速輪軌黏著三維數(shù)值模型仿真及實驗研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，高速鐵路也順應(yīng)形勢得到了很大發(fā)展。在車輛速度不斷提高的同時，安全問題也是一個需要關(guān)心的問題。輪軌黏著問題隨著車速的提高顯得越加突出。為了保證列車運行安全有必要從理論和試驗角度開展高速輪軌黏著機理的研究工作。本文通過建立三維高速輪軌黏著數(shù)值模型及開展高速輪軌黏著試驗揭示輪軌表面存在水油污染時的黏著機理，主要得到以下三點結(jié)論。
　　1.建立了考慮熱效應(yīng)的三維高速輪軌黏著數(shù)值模型進行了求解。固體壓力采用考慮了材料彈塑

2、性變形特性的Zhao-Maietta-Chang(ZMC)模型，并與彈性模型Greenwood-Tripp(G-T)模型進行對比。同時獲得了輪軌界面的壓力分布并調(diào)查了速度、軸重、粗糙度等因素對黏著系數(shù)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著速度的增加黏著系數(shù)隨之減小，膜厚隨之增大。軸重對輪軌黏著影響不大。粗糙度對黏著系數(shù)有著顯著影響。
　　2.根據(jù)現(xiàn)場對動車車輪粗糙度測試結(jié)果，經(jīng)傅里葉擬合分析得到粗糙峰半徑范圍在50μm以內(nèi)。利用ANSYS建立單個粗

3、糙峰與剛性平面接觸的模型，找出模型彈塑性變形的各分界點，擬合單個粗糙峰與剛性平面接觸的經(jīng)驗公式，并與Kogut-Etsion(KE)、Jackson-Green(JG)模型進行對比。然后將單個粗糙峰接觸拓展到多個微凸體與剛性平面接觸，推導(dǎo)出相應(yīng)的經(jīng)驗公式，并與KE、ZMC模型進行對比。重點比較了平均間隙、真實接觸面積和接觸壓力分布。結(jié)果表明擬合的經(jīng)驗公式平均間隙、真實面積、接觸壓力分布與KE、ZMC模型都很接近，且所得接觸壓力分布的最大

4、接觸壓力比其他兩個模型小，面積分布比其他兩個模型大，此規(guī)律與真實接觸面積與載荷關(guān)系圖是一致的。數(shù)值結(jié)果還表明擬合的經(jīng)驗公式與粗糙峰半徑以及屈服強度無關(guān)，因此該經(jīng)驗公式能很好地模擬輪軌固體彈塑性接觸壓力的計算。
　　3.利用西南交通大學(xué)牽引動力國家重點實驗室的高速疲勞機進行干態(tài)、水介質(zhì)、油污染以及水油混合物存在時的高速輪軌黏著試驗。試驗最高速度達到200 km/h。通過控制水泵流速大小模擬實際的大雨和小雨情況。重點調(diào)查了高速情況下不