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《錐形踏面和磨耗形踏面輪軌彈塑性接觸性能的比較》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、萬方數據第38卷第6期機械工程學報vol38N06—三三蘭∑型．曼型型曼蘭里!Q旦堅蘭±些旦!堅曼曼堅!業(yè)曼壘蘭型g堡!星!塑型魚!竺：：!!：。。。?。。。。?！?。。。。。-_____-______I______·_____-I_____-—_____-______-————————二——二=二=二二=—二二_錐形踏面和磨耗形踏面輪軌彈塑性接觸性能的比較+張軍(大連理工大學工業(yè)裝備結構分析國家重點實驗室大連1160241劉迎曦吳昌華(大連理工大學】(大連鐵道學院)摘要：用有限元參數二次艦劃法分析輪軌的三維彈塑性接
2、觸問題，對錐形踏面和磨耗形路面的機車車輪與標準軌道組成的輪軌系統(tǒng)分別進行計算，并將得出的輪軌接觸狀態(tài)、接觸力及接觸應力場進行了分析比較，指出了磨耗形踏面耐磨的根本原因。這一方法為輪軌型面的優(yōu)化設計提供了新的思路。關鍵詞：有限元法接觸彈塑性接觸應力輪軌型面中田分類號：u46R0前言輪箍的輪緣和踏面是與鋼軌直接接觸的部分，機車車輛的全部重量通過它們支承在鋼軌上，同時通過輪對和鋼軌的粘著產生牽引力和制動力。輪軌關系本質上是這些接觸力的傳遞過程，輪軌空間幾何形狀則是影響這一力學過程的重要因素之一。當前世界鐵路正朝著高速和重
3、載的趨勢發(fā)展．結果卻導致了輪軌接觸表面磨耗和疲勞的增加。尤其是重載產生的接觸應力很大，使輪軌接觸區(qū)附近發(fā)生塑性流動，從而加快了裂紋的萌生和擴展。美國鐵路為了克服太軸重的副作用，曾經采用了更重的鋼軌和更大直徑的車輪，但從大多數鐵路的經驗看，這些努力的積極效果并不顯著。磨耗形踏面在減少輪軌磨耗方面取得了很好的效果，目前已經在世界各國被廣泛的使用，并獲得了巨大的經濟效益。我國的輪軌關系標準與其他國家相比有許多不同之處，這些標準涉及的鐵路基礎設施和輪軌關系的一系列問題，都不能輕易改動。因此直接借鑒國外輪軌外形是行不通的，必
4、須從我國的實際情況出發(fā)，研制出有中國特色的輪軌外形匹配。在磨耗形踏面的設計中，輪軌接觸幾何參數是重要的基本問題，它直接或間接地影響到輪對在直道上的對中、曲線通過、輪緣踏面和軌頭的磨耗、高速運行的穩(wěn)定性等多方面的性能【1】。精確確定輪軌型面參數對接觸內力和接觸應力場的影響，對解決輪軌磨耗、脫軌等問題具有重要意義，也是進行·國家自然科學基金(59935100)和西南交通大學枝基金資助項日20010712收到初稿，20011116收到修改稿踏面外形設計需要首先解決的問題。國內外的很多專家學者在這方面進行了大量的研究劇，但
5、他們大多數是在He血理論的基礎上進行輪軌接觸分析，這就不可避免地引入了彈性力學中的彈性半空間假設，而對于磨耗形踏面設計這一空間彈塑性接觸問題，必然引起很大誤差。本文使用由大連理工大學鐘萬勰院士于1985年提出的參變量變分原理及基于此原理的有限元參數二次規(guī)劃法來求解輪軌彈塑性接觸問題，精確模擬目前在我國機車比較廣泛應用的標準錐形踏面和JM系列磨耗形踏面的輪軌接觸，這從根本上避免了Hertz假設，計算出了準確的輪軌接觸狀態(tài)、接觸內力及接觸應力場，并且對相同載荷和邊界條件的三種踏面進行了分析比較。這一方法為輪軌幾何型面的
6、優(yōu)化設計提供了一個新的思路。1計算理論接觸問題的特點是具有單向邊界條件和未知接觸區(qū)域，接觸區(qū)域的確定依賴于加載方式、載荷水平以及接觸面性質等因素。彈塑性問題與接觸問題本質上是一樣的，都屬于邊界待定問題，只不過前者屬于內摩擦內邊界待定問題，后者屬于外摩擦外邊界待定問題。當材料發(fā)生塑性變形或接觸滑動的時候，其流動方向不沿屈服面法向進行，是非法向流動問題。以往的經典變分原理對于非法向流動問題是不成立的，如果采取近似手段，就難免會產生誤差。參變量變分原理突破了經典變分原理的限制，引入了現代控制論中的極值變分思想，將原問題化
7、為在由本萬方數據蘭!!!至魚旦張軍等：錐形踏面和磨耗形踏面輪軌彈塑性接觸性能的比較構關系導出的狀態(tài)方程控制下求泛函極小值的問題。有摩擦接觸問題與彈性力學經典問題的主要區(qū)別在于前者的接觸力和接觸位移要滿足下列約束條件kIc記時，∽一“糾=o時毋時t妒“卟o(】)“≯一“：2’+占’≥o，￡≤o、。(“：”一“F’+礦)￡=o式中^，砰一接觸點對的法向和切向接觸內力“乳“乎’——兩個物體在接觸點對局部坐標系下的法向相對位移“％“!”——兩個物體在接觸點對局部坐標系下的切向相對位移面——摩擦因數擴——初始間隙對于彈塑性問
8、題分析，由于本構關系的非線性，疊加原理不存在。只有在給定從自然狀態(tài)開始的全部邊界條件變化過程的情況下，才能跟蹤給定的加載歷史，確定物體內應力和位移的相應變化過程，采用積分累計的辦法，計算瞬時的應力場和位移場．即彈塑性力學的邊值問題應按增量來求解。彈塑性的本構關系如下d口=D(拈一d0)(2)，p，民，r)≤O(3)d毛=(二q五(4)丑{霧蓄￡署④式(21為
