采用ABAQUS軟件及輪軌真實(shí)形狀尺寸參數(shù),建立輪軌高頻接觸有限元模型;以我國某高速鐵路鋼軌波磨區(qū)段實(shí)測軌道短波不平順作為有限元模型輸入,在時域和頻域上對比軸箱垂向加速度仿真結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù),驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性;仿真計算鋼軌波磨區(qū)段不同幅值軌道短波不平順工況下輪軌垂向力、軸箱垂向加速度分布特性,研究鋼軌波磨指數(shù)與軌道短波不平順幅值之間的關(guān)系。結(jié)果表明:在鋼軌波磨區(qū)段,輪軌垂向力最大值與鋼軌波磨指數(shù)最大值出現(xiàn)的位置對應(yīng)良好,在輪軌不脫離接觸的前提下,鋼軌波磨指數(shù)與軌道短波不平順具有較好的線性相關(guān)性;通過曲線擬合可知,在鋼軌波磨波長為150 mm時,軌道短波不平順幅值為0.10和0.12 mm時對應(yīng)的鋼軌波磨指數(shù)分別為5.12和6.68。 

【文章來源】：中國鐵道科學(xué). 2020,41(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

輪軌接觸模型

采用ABAQUS軟件建立輪軌接觸有限元模型如圖2所示。其中，車輪和軌道均采用實(shí)際幾何形狀建模，車輪踏面為LMA型，輪對空心軸內(nèi)徑為60 mm，鋼軌采用60N廓形鋼軌參數(shù)，軌道底部設(shè)置1∶40的軌底坡。模型中鋼軌長度為15 m，包含23個軌枕、軌枕間距為650 mm。輪軌接觸時，在接觸面法線方向上采用“面—面”硬接觸算法，在接觸面切線方向上輪軌之間的摩擦力系數(shù)設(shè)置為0.4。合理均勻的單元網(wǎng)格尺寸有助于提高有限元分析結(jié)果的精度，但數(shù)量巨大的實(shí)體單元在數(shù)值計算過程中占用大量計算機(jī)內(nèi)存，造成計算機(jī)運(yùn)算速度緩慢。為兼顧計算精度與速度，采用8節(jié)點(diǎn)六面體單元劃分網(wǎng)格時，根據(jù)在輪軌計算中受關(guān)注程度的不同，在不同區(qū)域劃分不同尺寸的單元網(wǎng)格，接近輪軌接觸部位區(qū)域的網(wǎng)格尺寸較小、單元較密，遠(yuǎn)離關(guān)注區(qū)域的實(shí)體網(wǎng)格尺寸較大、單元較疏，有限元模型中共包括96萬個單元及110萬個節(jié)點(diǎn)。

有限元模型中，軌道和車輪接觸部位尺寸分別用1,2,3和4 mm的六面體實(shí)體單元劃分網(wǎng)格，輪對運(yùn)行速度為300 km·h-1時，AB段鋼軌未施加軌道不平順條件下輪軌垂向力波形如圖3 (a）所示。為了方便波形對比，圖3 (b）是將圖3 (a）中的曲線在y軸方向上平移后的結(jié)果。由圖3可知，當(dāng)軌道處于理想平順狀態(tài)時，由于軌枕、扣件系統(tǒng)等對鋼軌的不連續(xù)支撐作用引起軌道剛度的周期性變化，造成輪軌垂向力的波形在靜輪重為70.3 k N附近、±2 k N等間距波動，周期性波動的波長等于軌枕間距，這與高速綜合檢測列車上采用測力輪對技術(shù)實(shí)測得到的輪軌垂向力數(shù)據(jù)波形特征相符。動態(tài)輪軌垂向力數(shù)據(jù)的波動范圍與網(wǎng)格尺寸大小選擇相關(guān)，在圖3 (b）中隨著實(shí)體單元網(wǎng)格的尺寸從1 mm增加到4 mm，動態(tài)輪軌垂向力波動值依次為0.68,0.81,0.98和1.23 k N，在有限元模型計算時，上述4種工況所耗時間比為9.4∶5.1∶3.5∶1.0。兼顧計算精度和計算時間，在下文計算中將有限元模型輪軌接觸區(qū)域的單元網(wǎng)格最小尺寸選為2 mm。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于高頻輪軌接觸模型的軌道短波不平順敏感波長特性分析[J]. 牛留斌,劉金朝.  機(jī)械工程學(xué)報. 2019(08)
[2]有砟軌道輪軌力功率譜曲線的擬合模型[J]. 牛留斌,劉金朝,李谷,祖宏林,楊飛.  中國鐵道科學(xué). 2017(02)
[3]評判高鐵軌道短波不平順病害的軌道沖擊指數(shù)法[J]. 劉金朝,陳東生,趙鋼,劉伶萍,孫善超,郭劍峰,梁志明.  中國鐵道科學(xué). 2016(04)



本文編號：3455158