基于ANSYS的輪軌三維非線性接觸的影響因素分析研究.pdf

1、隨著高速列車運行速度與載重的不斷提高,隨之而來的是車輛的運行環(huán)境日益惡化,這就要求對機車、軌道等的設計越來越高,然而輪軌作為車輛和地基的聯(lián)系的重要行走部件,輪軌接觸是列車牽引的根本,也是整個運輸?shù)幕A。輪軌關系的研究涉及許多學科,并以輪軌滾動接觸理論研究為基礎,輪軌接觸行為則為其關鍵內容。輪軌結構具有復雜的幾何形狀以及輪軌接觸問題是一種高度非線性行為,使得輪軌關系成為車輛和軌道中的最復雜的問題。傳統(tǒng)的彈性力學計算方法已經(jīng)不能夠得到較高精

2、度的解,Hertz接觸理論由于自身的基本假設,無法對復雜的輪軌非線性接觸問題進一步研究。隨著計算技術及有限元分析的發(fā)展,輪軌三維非線性接觸的實現(xiàn)成為了可能,完全按照輪軌實際幾何關系建立了真正的三維模型,通過接觸單元克服了輪軌接觸的高度非線性問題,有限元軟件ANSYS為三維輪軌非線性接觸的影響因素分析構建了平臺。
　　本文首先對Hertz的接觸理論以及有限元如何處理非線性接觸問題的方法進行了介紹。在此基礎上,開展輪軌三維非線性靜態(tài)接

3、觸和動態(tài)接觸的影響因素的研究。并利用ANSYS有限元分析軟件,建立了輪軌三維非線性接觸的有限元模型,模型中的車輪采用錐形TB踏面,采用60Kg/m鋼軌,鋼軌的軌底坡為1:20。
　　針對傳統(tǒng)設計方法(包括Hertz接觸理論和彈性分析方法)無法高精確計算輪軌接觸斑的大小形狀和應力分布等問題,提出運用ANSYS建立三維輪軌非線性接觸的方法進行影響因素的分析計算。靜態(tài)接觸分析結果表明輪軌非線性接觸問題不可避免的需要考慮材料的塑形變形才能

4、更加接近真實情況;通過變換輪重以及地基剛度進行分析,結果表明接觸斑形狀和大小是隨輪重變化的,降低地基剛度能夠緩減輪軌的接觸應力。動態(tài)接觸分析中建成輪軌系統(tǒng)的整體大型有限元模型,結果表明車體的位移主要是車軸彈簧的變形,其起到減震的作用;降低地基剛度能夠改善輪軌的振動,但會加大車體的振動,降低乘坐的舒適性;分析了輪軌接觸應力受速度以及地基剛度的影響。針對軌道溫度影響的需要,改進有限元模型,對高溫高寒地區(qū)不同曲率半徑的軌道進行數(shù)值模擬計算,分