無縫鋼軌縱向溫度力的仿真分析與實驗研究.pdf

1、無縫鋼軌是由標(biāo)準(zhǔn)長度的單元軌條焊接在一起而形成的長鋼軌，它消除了鋼軌接頭，使列車運(yùn)行更加平穩(wěn)，大量應(yīng)用在高速鐵路。當(dāng)軌溫變化時，無縫鋼軌內(nèi)部將會產(chǎn)生縱向溫度力，過大的溫度力將引起鋼軌的斷裂或扭曲，對行車安全造成威脅。因此，準(zhǔn)確掌握鋼軌縱向溫度力在鋼軌內(nèi)部的分布規(guī)律和變化趨勢對鋼軌的維護(hù)具有十分重要的意義。
　　本文分析了鋼軌縱向溫度力的測量原理。利用應(yīng)變電測法測量鋼軌應(yīng)變，通過鋼軌縱向溫度力監(jiān)測系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，該監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采

2、集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分和電源供給部分組成，然后利用應(yīng)變數(shù)據(jù)解算鋼軌縱向溫度力。
　　建立了無砟軌道三維有限元模型。以鋼軌為主要研究對象，對鋼軌縱向溫度力進(jìn)行仿真分析，利用高低溫箱進(jìn)行了鋼軌縱向溫度力模擬實驗，在搭建的鋼軌溫度力實驗平臺進(jìn)行了鋼軌縱向溫度力采集實驗。結(jié)果表明，仿真計算結(jié)果與實驗結(jié)果的吻合較好，此仿真模型能夠反應(yīng)鋼軌縱向溫度力隨軌溫的變化情況。
　　利用建立的模型，進(jìn)行了多種工況的仿真分析。仿真分析了在縱向溫度力作

3、用下的鋼軌縱向應(yīng)變與垂向應(yīng)變的關(guān)系，并在搭建的鋼軌溫度力實驗平臺進(jìn)行了實驗，仿真與實驗結(jié)果表明由縱向溫度力引起的垂向應(yīng)變是縱向應(yīng)變的-0.3倍;仿真分析了鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力分布情況，結(jié)果表明軌腰處的縱向溫度應(yīng)力變化最為平緩，能反應(yīng)鋼軌所受溫度力大小，軌底的縱向溫度應(yīng)力變化最大，扣件施加的扣壓力對縱向溫度力具有較大影響;仿真分析了溫度力作用下鋼軌斷裂程度與其影響距離的關(guān)系，結(jié)果表明，在20℃溫降載荷下，斷裂10％的影響距離為480mm，斷裂

4、30％的影響距離為5670mm，斷裂60％的影響距離為9450mm，完全斷裂時的影響距離為19530mm，鋼軌斷裂程度越大，其縱向影響距離也越大。
　　在某環(huán)行鐵路和某城際鐵路分別進(jìn)行了鋼軌縱向溫度力現(xiàn)場實驗。在某環(huán)行鐵路對鋼軌縱向應(yīng)變和軌溫進(jìn)行了采集測試，結(jié)果表明采集的縱向應(yīng)變和軌溫誤差都小于±5％。分別對各監(jiān)測點(diǎn)的軌溫、縱向溫度力和鎖定軌溫變化量進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)預(yù)留軌縫附近的縱向溫度力有較大變化。在某城際鐵路實驗分析了縱向應(yīng)變