鋼軌冷卻過(guò)程中溫度場(chǎng)及彎曲變形數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國(guó)交通運(yùn)輸一直以鐵路為主，鐵路運(yùn)輸擔(dān)負(fù)著全國(guó)60％-70%的貨運(yùn)總量和50%-60%的客運(yùn)總量，重載、高速、安全是鐵路科技的發(fā)展方向。
　　鐵路高速、重載的迅猛發(fā)展，使鋼軌失效問(wèn)題日益嚴(yán)重，已危及行車安全。因此，提高鋼軌性能延長(zhǎng)使用年限，已刻不容緩。而鋼軌全長(zhǎng)熱處理，是近年來(lái)世界上大多數(shù)國(guó)家公認(rèn)的提高鋼軌耐磨、抗疲勞強(qiáng)度的最直接、經(jīng)濟(jì)的方法。
　　本文以60kg/m的U75V鋼軌為研究對(duì)象，基于傳熱學(xué)、熱彈塑性基本原理以及

2、有限元理論，采用模擬軟件ABAQUS建立了U75V鋼軌的三維瞬態(tài)非線性有限元模型。模擬鋼軌在自然空冷過(guò)程中的冷卻過(guò)程，分析了鋼軌自然空冷時(shí)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和彎曲變形規(guī)律；研究了鋼軌在不同冷速條件下的冷卻過(guò)程中，鋼軌在軌頭分別噴水10s、20s后的溫度、應(yīng)力分布規(guī)律和彎曲變形規(guī)律；采用紅外線熱成像儀對(duì)鋼軌溫度冷卻過(guò)程的溫度場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)測(cè)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M實(shí)驗(yàn)，對(duì)比驗(yàn)證了模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的一致性。
　　模擬結(jié)果表明：（1）鋼軌在冷卻過(guò)程

3、中，溫度隨時(shí)間變化規(guī)律分為三個(gè)階段：第Ⅰ階段，即發(fā)生固態(tài)相變前，溫度降低速率比較快；第Ⅱ階段，固態(tài)相變階段，溫度幾乎保持不變；第Ⅲ階段，固態(tài)相變后，溫度降低比較平緩均勻。（2）鋼軌彎曲變形過(guò)程也分為三個(gè)階段：第Ⅰ階段，鋼軌向軌底彎曲；第Ⅱ階段，鋼軌由軌底向平直階段恢復(fù)；第Ⅲ階段，鋼軌由平直階段向軌頭彎曲，終冷時(shí)刻鋼軌是彎向軌頭的。（3）不同冷卻方案中，鋼軌在冷卻過(guò)程中，溫度隨時(shí)間變化規(guī)律趨勢(shì)與自然空冷條件下是一致的，但鋼軌溫度降低的速率

4、不同。軌頭噴水20s平均溫降速率最大，達(dá)到0.277℃/s，軌頭噴水10s次之，達(dá)到0.184℃/s，自然空冷時(shí)最低，為0.092℃/s。自然空冷、軌頭噴水10s、軌頭噴水20s三種實(shí)驗(yàn)方案中的撓度、應(yīng)力值對(duì)比分析結(jié)果表明：鋼軌在冷卻過(guò)程中，鋼軌軌頭噴水20s時(shí)終冷彎向軌頭的彎曲撓度最大0.5m、應(yīng)力值為200MPa，自然空冷時(shí)終冷彎向軌頭的彎曲撓度最小0.3m、應(yīng)力150MPa；三種冷卻方案中溫度-時(shí)間曲線的變化規(guī)律是一致的，曲線呈現(xiàn)