切向載荷對鋼軌彈塑性滾動(dòng)接觸應(yīng)力的影響分析.pdf

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1、2010年7月潤滑與密封July2010第35卷第7期LUBRICATIONENGINEERINGVol_35No．7DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2010．07．002切向載荷對鋼軌彈塑性滾動(dòng)接觸應(yīng)力的影響分析郭俊溫澤峰李偉金學(xué)松(西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室四川成都610031)摘要：利用建立的鋼軌三維彈塑性滾動(dòng)接觸有限元模型，分析車輛通過曲線軌道時(shí)輪軌接觸表面切向力對鋼軌滾動(dòng)接觸應(yīng)力和應(yīng)變的影響。結(jié)果表明：鋼軌材料的累積塑性變形、殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變都隨切向力的增大而增大；縱向切向力與法向力之比大于0．3時(shí)其對塑性變形、殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變影

2、響明顯，鋼軌的最大殘余應(yīng)力、最大等效塑性應(yīng)變和剪應(yīng)變均發(fā)生在鋼軌接觸表面，裂紋易萌生于接觸表面，與現(xiàn)場觀察結(jié)果相一致。關(guān)鍵詞：輪軌接觸；切向力；殘余應(yīng)力；彈塑性；有限元法中圖分類號(hào)：U217．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0254—0150(2010)7—005—4EfectofTangentialForceonElastic-plasticRollingContactStressofRailGuoJunWenZefengLiWeiJinXuesong(StateKeyLaboratoryofTractionPower，SouthwestJiaotongUniversity，Che

3、ngduSichuan610031，China)Abstract：Inordertobetterunderstandthemechanismofwheel—railrollingcontactfatigue，athree．dimensionalelastic—plasticmodelofwheel—railrollingcontactwasestablishedbyfiniteelementmethod．Theeffectofwheel—railtangentialforceontheresidualstressesandstrainsofrailwasinvestigated

4、byusingthemode1．Theresuhsshowthattheaccumulatedplasticdeformation．residualstressesandresidualstrainsofrailincreasewithincreasingthetangentialforce．Whenthera—tioofthetangentialforcetothenormalforceisequaltoorlargerthat0．3．thetangentialforcehasalargeinfluenceontheplasticdeformation，residualstr

5、essesandresidualstrainsofrail．Themaximumresidualstresses，maximumresidualaccu—mulatedequivalentplasticstrainandmaximumshearstrainsoccuronthecontactsurfaceofrailwherethecracksinitiateeasily．Theanalyticalresultisinlinewiththesiteobservation．Keywords：wheel—railcontact；tangentialforce；residualstr

6、ess；elastic—plastic；finiteelementmethod高速鐵路鋼軌損傷的主要形式是滾動(dòng)接觸疲鋼軌材料屈服強(qiáng)度對鋼軌殘余應(yīng)力和應(yīng)變的影響，勞。嚴(yán)重的鋼軌滾動(dòng)接觸疲勞裂紋會(huì)引起斷軌，為高速與重載鐵路鋼軌選材提供指導(dǎo)。威脅列車的安全運(yùn)營。輪軌滾動(dòng)接觸應(yīng)力分析是探明輪軌間的切向力是引起鋼軌滾動(dòng)接觸疲勞的主要輪軌滾動(dòng)接觸疲勞機(jī)制的關(guān)鍵。受到三維輪軌彈塑性因素。本文作者在文獻(xiàn)[5]的基礎(chǔ)上，考慮鋼軌的滾動(dòng)接觸應(yīng)力計(jì)算困難性和計(jì)算機(jī)能力的限制，過去真實(shí)幾何形狀和邊界條件，利用建立的鋼軌三維滾動(dòng)大部分文獻(xiàn)的研究工作局限于二維分析，有關(guān)三維彈接觸應(yīng)力計(jì)算模型，研究車輛通過

7、曲線時(shí)輪軌切向載塑性滾動(dòng)接觸應(yīng)力分析鮮有報(bào)道。Kulkarni等進(jìn)行荷對鋼軌彈塑性滾動(dòng)接觸應(yīng)力的影響，為提出鋼軌滾了純滾動(dòng)條件下的三維應(yīng)力分析，沒有考慮輪軌間的動(dòng)接觸疲勞減緩措施奠定理論依據(jù)。切向力。Jiang等采用循環(huán)塑性本構(gòu)模型研究了三1數(shù)值計(jì)算模型維滾動(dòng)接觸應(yīng)力，但接觸斑假設(shè)為圓形且沒有考慮輪我國鐵路第一條準(zhǔn)高速線廣深線運(yùn)營過程中，線軌真實(shí)的幾何形狀和邊界條件。作者曾利用有限元法路曲線區(qū)段出現(xiàn)大量的鋼軌斜裂紋，為鋼軌接觸疲勞建立了鋼軌三維彈塑性滾動(dòng)接觸計(jì)算模型，著重分析裂紋的一種類型。