考虑磨耗及不等厚辐板的轨道车轮振动声辐射特性

为了降低轨道车轮振动的声辐射,以双S型辐板车轮为研究对象,建立了反映磨耗及不等厚辐板的9种城市轨道车轮三维有限元模型,分别获得了车轮在各阶振动模态下的固有频率及结构振型,对比分析了不同车轮的声功率级响应曲线,从而得到车轮在不同磨耗条件及不等厚特征情况下的声辐射水平。研究结果表明:与初始现役车轮相比,辐板上部不等厚车轮在峰值声功率级上降低了13.82 dBA;随着踏面磨耗加深,车轮的噪声逐渐增大;辐板上部不等厚车轮在不同磨耗下的最大声功率级均小于初始现役车轮。

基于有限元-边界元法的不同辐板型式车轮振动声辐射分析

为了深入研究车轮辐板外形变化对车轮振动声辐射噪声的影响,利用有限元计算方法进行直辐板和曲辐板两种类型车轮的模态计算及谐响应分析,再采用声学边界元软件建立边界元模型,进而计算得出不同辐板外形车轮受单位的法向力作用时的声辐射功率。通过计算发现直辐板车轮比曲辐板车轮噪声水平更低,合理的车轮截面形状能够显著降低车轮振动声辐射噪声。通过某型车拖车车轮声辐射计算结果与实验室试验结果的对比,结果表明车轮在各频率下最大噪声值误差约为3%、模态密集区域的主要频率最大误差在2%以内,仿真结果较为准确。

火车车轮S形辐板成形研究

借助商业有限元软件MSC/Superform,数值模拟了车轮压弯成形过程。研究了车轮S形辐板成形过程金属流动规律,得到了S形辐板截面变形分布,为S形辐板车轮成形工艺设计提供依据。

重载货车车轮踏面制动辐板热应力分析

采用大轴重货车是解决我国铁路货运能力不足的主要途径之一,然而提高轴重意味着车轮踏面所受的制动热负载将会增大,这可能导致大轴重货车车轮辐板热损伤加剧。因此,有必要通过对不同轴重车轮热应力的对比分析,揭示轴重大小对车轮辐板损伤的影响规律,为制定大轴重货车运行和制动条件提供支持。提出研究此问题的新思路,采用热弹塑性有限单元法,模拟在热处理工艺过程中车轮辐板残余应力分布状况,使得车轮存在仿真制动工况所需的初始残余应力。对重载运煤专线—大秦线全程循环制动进行模拟,计算得到车轮制动功率—时间历程,仿真在此工况下30 t重载货车车轮辐板的温度场和热应力场的分布状况。计算比较21 t、25 t和30 t轴重货车车轮在大秦线全程循环制动中热应力和制动完全结束后的残余应力的变化规律。结果表明,车轮在热处理后,车轮辐板残余应力是不可忽视的。随着轴重的增大,车轮辐板将承受更大的热应力和残余应力。

φ840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹扩展特性研究

针对目前840D货车车轮辐板孔裂纹故障增多及其可能带来的隐患,本文首先采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力和制动热应力,其次根据线弹性断裂力学理论研究了辐板孔边裂纹的应力强度因子,最后结合Forman疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到不同运用工况下辐板孔裂纹扩展的基本特性及规律,从而分析出了导致裂纹扩展的载荷条件。分析结果表明:辐板孔裂纹是典型的疲劳裂纹,是由萌生于辐板孔内侧的微细裂纹逐渐扩展而来的,它是由热负荷和机械载荷的综合效应造成的。单纯的机械载荷不会直接导致孔边裂纹的萌生和扩展;坡道制动与机械载荷的叠加才是导致辐板孔裂纹萌生与扩展的最主要的载荷工况。这对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计,保障行车安全,具有重要意义。

重载货车车轮辐板疲劳损伤研究

为了揭示重载货车车轮在热处理过程中产生的残余应力对车轮辐板损伤的影响规律,采用有限元软件ANSYS模拟C80型敞车车轮热处理过程中的残余应力分布,发现车轮轮辋外圆角处的残余应力为拉应力;轮辋内圆角、轮毂外圆角和轮毂内圆角处的残余应力为压应力;将热处理产生的残余应力作为初始应力,综合考虑重载货车车轮在大秦线全程运行中产生的踏面制动热应力和轮轨机械应力,基于疲劳损伤累计理论计算车轮辐板的疲劳损伤量。结果表明:与不考虑残余应力相比,考虑残余应力时,车轮轮辋内圆角、轮毂外圆角和轮毂内圆角处的疲劳损伤量小,而轮辋外圆角处的疲劳损伤量大,前者说明热处理过程中形成的残余压应力与制动过程中产生的压应力叠加后可以有效抑制轮轨机械应力引起的车轮辐板疲劳损伤,后者说明热处理过程中形成的残余拉应力则会加速车轮辐板的损伤;轮辋外圆角处是车轮辐板的相对薄弱位置。

阻尼车轮的降噪结构设计与应用

概述了国外阻尼车轮的降噪结构设计特征、降噪原理与降噪效果,以及国内阻尼车轮的现状与存在的问题。

S形辐板车轮的研究

本文简述了用有限元法进行客、货车车轮形式尺寸改进优选设计计算的主要结果,论述了S形辐板车轮的结构特点。试验和装车运用表明,S形车轮在提高结构强度、改善车轮应力状态和使用性能上有明显的优越性。

车轮辐板机械应力场的两种数值模拟方法对比研究

研究了铁路机车车辆运行过程中车轮辐板机械应力场的两种数值计算方法,将机械力进行傅立叶级数展开构建二维模型,通过对比二维轴对称模型和三维实体模型的计算结果,验证了二维轴对称模型的可行性。分析了车轮在运行过程中三种典型工况下辐板中机械应力场的分布情况及变化规律,通过对比车轮辐板的Von-Mises等效应力和径向应力,发现轮毂内圆角区域最为薄弱,承受较大的交变载荷。

铁路货车轮辐板孔裂纹激光再制造

铁路货车轮在辐板孔处产生疲劳裂纹,影响安全运行。文中利用激光熔覆技术,采用镍基合金在车轮辐板辗钢CL60试样表面进行激光再制造试验研究,评价激光再制造试件的组织和性能。结果表明,熔覆层无裂纹、夹杂和气孔等缺陷,与基体形成了良好冶金结合,熔覆层组织是铸态的奥氏体组织,主要由弥散的共晶和亚共晶组成。激光再制造试件力学性能优于车轮基体材料,延伸率提高90%,冲击韧性提高2～3倍,熔覆层的显微硬度提高近50%,疲劳强度提高2.2倍。该工艺用于生产实践,经十万公里试运行考核验证,激光再制造后的车轮满足铁路货运的要求。