正六角形单胞周期性蜂窝板等效刚度研究

利用已提出的一种周期性板等效刚度求解新方法,研究了六角形蜂窝板在壁厚和单胞高度等在相当大的范围内变化时的等效刚度,给出了计算蜂窝板等效刚度的一系列解析近似公式,并对其进行了验证.这种新方法能够精确实现理论上严格的渐近均匀化方法,并具有代表体元法的直观简洁,可以根据单胞的不同尺寸采用不同的单元类型,大大提高了求解效率.最后讨论了文献中已有的近似解析解的精度、经典层合板理论成立的条件及泊松比的影响等.

9600kW六轴电力机车转向架构架的静强度分析

大功率交流传动9600kW六轴电力机车用于重载货运牵引,本文一方面参照相关规范和标准,另一方面针对特殊运营、安装等特殊载荷,数值模拟了共计四十种工况,对其转向架构架的静强度进行了分析与讨论。研究所获得的数值结论具有重要的理论意义和工程应用价值,在为该型机车的投产以及相关的设计技术提供重要参考同时,也为大功率重载机车的构架计算的工况选取提供了很好的数值依据。

基于ALE方法的高速轮轨黏着特性仿真及试验验证

根据全尺寸高速轮轨关系试验台,建立基于ALE方法的轮轨滚动接触三维有限元模型,仿真分析干燥条件下高速轮轨黏着特性曲线,并采用试验台的高速黏着试验结果对其进行验证。在此基础上,分析高速条件下从制动到牵引工况变化过程中的轮轨接触斑状态、摩擦力分布、Mises应力分布等的演变规律。结果表明:有限元模型可用于模拟干燥轮轨接触表面条件下的高速轮轨黏着特性;黏着轮从自由滚动状态(全黏着)到最大牵引力(全滑动)过程中,轮轨接触斑从靠近轮缘的一侧进入滑动状态并逐渐扩大到整个区域,而制动工况时则从远离轮缘的一侧进入滑动状态;摩擦力从黏着轮自由滚动时的自旋分布状态逐渐变化为趋于一致方向,纵向蠕滑力达到饱和;Mises最大应力点由黏着轮自由滚动时的接触表面以下2 mm处逐渐转移到接触表面,应力更加集中。

CR400AF型高速列车车轮擦伤引起的轮轨冲击台架试验研究

由于轮轨滚动接触的复杂性,在有限的建模精度下用数值仿真很难指导实际运营,且现场试验成本太高。为解决这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,采用CR400AF型高速列车真实车轮和一系悬挂,在车轮踏面滚动圆处预制不同长度、宽度和深度的擦伤,进行不同车轮擦伤下0~400 km·h^(-1)速度范围内的轮轨冲击试验,分析车轮擦伤长度、运行速度对轮轨垂向力和轴箱振动加速度的影响规律。结果表明:轮轨垂向力最大值随车轮擦伤长度的增加而增加,在0~35 km·h^(-1)速度范围内随速度的增加逐渐增加,并在约35 km·h^(-1)速度时达到最大,然后随速度的增加逐渐减小;在车轮擦伤冲击下,轴箱振动加速度最大值的变化规律与轮轨垂向力最大值基本一致;从车轮擦伤安全限界分布发现,危险区为舌状分布,车轮擦伤后速度要尽可能避开25~70 km·h^(-1)速度区间,擦伤长度大于60 mm时不建议上线运行。

高速轮轨黏着机理的研究进展及其应用

轮轨黏着影响列车牵引和制动,对铁路运营效率和行车安全至关重要。论述国内外高速轮轨黏着的研究成果,包括仿真研究和试验研究进展情况。在仿真研究方面,介绍国内外轮轨黏着的理论模型发展和数值方法;在试验研究方面,介绍国内外的试验方法和试验结果。通过对轮轨黏着机理进行研究,揭示影响轮轨黏着的因素及其影响规律。分析现场存在的轮轨黏着方面的问题以及国内外轮轨黏着的控制与利用情况,包括最新的轮轨增黏措施和防滑防空转技术,并对高速轮轨黏着机理未来的研究方向进行展望。

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(一)--水介质条件下黏着特性

300~400 km·h^(-1)速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚,制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性,提出基于高速轮轨关系试验台的轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性试验方法,探究100~400 km·h^(-1)速度范围内轮轨接触界面为中等粗糙度水平(Ra为0.4~0.6µm)且有水介质条件下纵向蠕滑率为0~30%时的制动黏着特性。结果表明:在纵向蠕滑率从0.5%增至5%~8%过程中,黏着力系数出现了减小的现象,此阶段不利于黏着的利用;纵向蠕滑率增至一定数值后(一般为5%~8%),若继续增加,则出现黏着力系数再上升的现象;试验速度为200 km·h^(-1)时,当纵向蠕滑率增至27%时出现黏着力系数上升的第2个峰,在纵向蠕滑率从30%开始减小过程中黏着力系数出现“卸载峰”;试验速度在300~400 km·h^(-1)范围内,当纵向蠕滑率增至15%左右时出现黏着力系数上升的第2个峰,此处黏着力系数约为第1个峰时的2倍;加载和卸载过程中的黏着力系数再上升阶段都属于稳定阶段,有利于提高轮轨黏着的利用。

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(二)——水介质条件下纵向蠕滑控制模式对黏着特性影响

利用1∶1高速轮轨关系试验台,研究试验速度从200 km·h-1提高至400 km·h-1后轮轨间水介质条件下在不同的黏着阶段施加不同纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制对大蠕滑黏着特性的影响,重点分析200,300和400 km·h-1速度时在黏着再上升阶段施加不同的蠕滑控制使黏着进一步上升的特点和规律。结果表明:在黏着力系数第1个峰值点至“低谷点”的不稳定阶段,施加纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制均会导致黏着力系数下降;速度为200和300 km·h-1时在黏着力系数“低谷点”至第2个峰值点的稳定阶段,施加纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制一般会使黏着力系数进一步上升,并出现“卸载峰”;时速为400 km时在黏着力系数“低谷点”至第2个峰值点稳定阶段的中间位置(纵向蠕滑率为12.5%附近),施加纵向蠕滑率卸载控制或蠕滑率保持4 s控制更易导致黏着力系数再上升,并出现“卸载峰”;在黏着再上升阶段施加纵向蠕滑率保持4 s控制将使黏着力系数进一步上升,非常有利于提高轮轨黏着利用率。

基于全尺寸试验台的水介质条件下高速轮轨黏着特性试验研究

基于全尺寸高速轮轨关系试验台,模拟轮轨接触界面在水介质条件下的轮轨黏着特性,研究喷水量、轮轨接触表面粗糙度、喷水温度、轴重和运行速度对水介质条件下高速轮轨黏着系数的影响规律。结果表明:水介质条件下,喷水量、轮轨接触表面粗糙度、运行速度对轮轨黏着系数影响较大,喷水温度和轴重对其影响较小;随喷水量的增加轮轨黏着系数逐渐减小,但当喷水量达到200mL·min-1后黏着系数不再减小;随着表面粗糙度的增加,运行速度对轮轨黏着系数的影响逐渐减弱,表面粗糙度增至1.0～1.1μm时运行速度对轮轨黏着系数的影响很小;在40～200km·h-1速度范围内,轮轨黏着系数随速度的增加减小得较快,而在200～400km·h-1速度范围内减小得较为缓慢;轮轨黏着系数随喷水温度的升高而增大,喷水温度为0℃(下雪)时的轮轨黏着系数较常温时下降11%～15%;轮轨黏着系数随轴重的增加而减小,在动车组常用轴重10～16t范围内轴重对轮轨黏着系数的影响只有10%左右。

轮轨滚动接触和制动热负荷耦合作用对重载车轮踏面裂纹萌生寿命的影响

在长大下坡道循环制动条件下,采用列车纵向动力学、三维有限元和疲劳损伤分析联合仿真方法,综合考虑车轮踏面在制动摩擦过程中瞬态非均匀热流分布和轮轨滚动接触,计算重载车轮踏面裂纹萌生寿命。采用有限元软件Abaqus建立闸瓦—车轮三维瞬态热—机耦合有限元模型并在试验验证其准确性的基础上,以大秦线某段典型长大下坡道为例,研究制动热负荷和轮轨滚动接触耦合作用对车轮踏面裂纹萌生的影响。结果表明:制动热负荷或轮轨滚动接触单独作用不是导致车轮踏面出现裂纹的主要原因,而轮轨滚动接触和坡道制动热负荷的耦合作用才是导致运营车轮裂纹萌生的主要因素;踏面温度对轮轨滚动接触踏面裂纹萌生寿命的影响较大,车轮材料采用CL70钢、踏面温度超过250℃后,踏面裂纹萌生寿命显著降低。

时速400 km速度级内轮轨间水介质条件下牵引黏着系数试验研究

在试验条件基本相同的情况下,全尺寸高速轮轨关系试验台与线路实车在160~300 km·h^(-1)速度范围内轮轨牵引黏着系数试验结果有较好的一致性。利用全尺寸高速轮轨关系试验台,测试时速400 km速度级内水介质条件下车轮表面在低、中、高粗糙度水平时牵引黏着系数随速度的变化规律,并将车轮在中等粗糙度水平时的试验结果与日本新干线的试验结果进行比较,提出我国高速轮轨间水介质条件下牵引黏着系数与速度的关系表达式。结果表明:在水介质条件下,轮轨接触表面状态相同时,牵引黏着系数随速度的增加而减小,速度较低时(40~200 km·h^(-1))随速度的增加减小得较快,而速度较高时(200~440 km·h^(-1))随速度的增加减小得较慢;40~440 km·h^(-1)速度范围内各个速度级下,车轮高粗糙度水平(Ra为0.7~0.8μm)时牵引黏着系数较中等粗糙度水平(Ra为0.4~0.6μm)时增加0.036左右。

地铁车辆轮轨型面匹配及其对接触应力的影响

为了改善地铁车轮出现的异常磨耗问题,对上海地铁3号线车辆车轮踏面DIN5573出现的磨耗进行测试,获得2种磨耗车轮踏面。在SIMPACK软件中建立了地铁车辆动力学仿真模型,计算得到未磨耗、凹形磨耗、沟槽状磨耗3种车轮踏面与TB60,60N钢轨型面匹配时轮对横移量,将其输入到用ABAQUS软件建立的轮轨三维弹塑性有限元模型,分析不同轮轨型面匹配对接触应力的影响。结果表明:3种车轮踏面与60N钢轨型面匹配时轮轨接触点均匀分布在轨顶和车轮踏面中部,等效锥度基本稳定;在半径350 m的曲线上,与TB60钢轨型面匹配相比,3种车轮踏面与60N钢轨型面匹配时轮轨最大接触应力最多减小384.9 MPa,钢轨、车轮最大Mises应力最大减幅分别为40%,35%。城市轨道交通小半径曲线地段较多,采用60N钢轨型面可以明显降低曲线外股的接触应力,减少轮缘磨耗和钢轨侧磨,从而降低钢轨疲劳伤损。