高速铁路钢轨上拱不平顺对波磨萌生的影响研究

高速铁路钢轨波磨是近年来致力于解决的一种极其复杂的轮轨关系问题。武广高铁胡家湾大桥存在钢轨上拱不平顺并伴随钢轨波磨病害,有必要通过理论与实践研究寻找钢轨上拱和波磨相伴相生的证据并诠释其机理。首先建立涵盖钢轨上拱-大幅值轮载-轮轨接触力统一数力学模型,采用能量法、轮轨接触理论和安定极限法进行解析计算,研究钢轨上拱矢度、列车参数和轨道参数的影响规律。然后阐释钢轨上拱、轮载与轮轨接触力之间的相互作用对理解钢轨波磨的萌生机理和减磨措施以及提出车轮多边形发生机理猜想所具有的启示意义,最后简要总结钢轨上拱引发波磨需要进一步研究的前沿问题。计算结果表明:钢轨上拱矢度对轮轨接触力影响显著,如以CRH2型动车组和弹性支撑块式无砟轨道组合为例,当钢轨上拱0.2 cm时,动轮载为21.45 t,相较平顺时增大3.1倍,切向力为15.86 kN,增大2.1倍,法向应力为1 131.6 MPa,增大1.5倍,超出安定极限值20.1%;轮轨接触力随着静轮重、簧下质量和轨道垂向刚度的增加而增大,随着轨道阻尼的增大而减小。研究发现,钢轨上拱激励轮轨系统高频共振导致了钢轨波磨的萌生与发展。防止或抑制此类型波磨的主要措施有:控制钢轨上拱不平顺、防止轮轨系统共振、减小轮载变化幅值、提高钢轨材质强度与耐磨性能以及采取预防性和修复性打磨等。

钢轨短波长波浪形磨损的安定性分析

针对轮-轨滚动接触的短波长波浪形磨损现象,采用有限元法分析了三维实体模型的接触状态,通过计算分析了高频力作用下接触表面的塑性变形过程.结果表明:在一定的运动条件下,由于重复滚压作用,接触表面发生硬化并达到安定极限状态,生成有规律的短波长变形;钢轨表面塑性变形受枕木间距的影响;就具有随动硬化特性的钢轨材料而言,当摩擦系数μ<0.3时,屈服现象发生在材料表层下方;随着摩擦系数的增大,接触表面的切向力增大,安定极限的临界接触压力Po降低,屈服点移向接触表面,材料失效加快.

基于轮轨关系的车轮踏面损伤机理研究

建立装有209P型转向架的25G客车车辆系统动力学模型,分析车辆在三种典型曲线上运行时各车轮的受力情况和轮轨接触点位置。利用滚动接触疲劳模型安定图和基于磨耗数的车轮损伤函数分析车轮踏面损伤原因,并对现场车轮踏面损伤情况进行调查。研究结果表明,车辆通过曲线时导向轮对低轨侧车轮蠕滑力的合力均指向直角坐标系的第三象限,易导致车轮表面产生与蠕滑力合力方向相垂直的裂纹,其方向与现场观测到的裂纹方向相一致,且轮轨接触斑材料处于棘轮效应区,同时根据损伤函数得到车轮损伤值大于0,即属于疲劳裂纹损伤;随着曲线半径的减小,轮轨蠕滑力合力显著地增大。磨耗后车轮频繁通过小半径曲线是导致车轮踏面外侧裂纹和剥离的主要原因。

轮轨塑性变形与安定状态的关系研究

运用弹塑性理论分析了轮、轨接触工况时的塑性变形，提出了轮轨材料在弹塑性状态下安定极限值的概念，并依此进行了轮轨接触计算。

钢轨的安定状态研究

钢轨的安定状态研究是一个比较新的领域，它直接影响着钢轨的承载能力。本文尝试着进行一些探讨，提出应以钢轨的安定极限值代替钢轨的弹性极限值作为钢轨的许用极限值，并就此进行了理论计算及实验分析工作，提出了一些有益的结论。

基于载荷因子和牵引系数的钢轨踏面隐伤形成机理及预测研究

基于安定曲线，确定载荷因子和牵引系数是钢轨踏面隐伤形成的重要影响因素。采用有限元分析软件ABAQUS建立钢轨的有限元模型，并以广深线车辆-轨道耦合动力学计算得到的轮轨接触力及接触斑为该模型的输入，对钢轨踏面特别是轮轨接触部位及其附近区域的应力场进行仿真。结果表明：V型裂纹在轨头内部的扩展使得裂纹所在区域在轮轨力的作用下产生凹陷，形成钢轨踏面隐伤；载荷因子为2～3、牵引系数≥0．36是钢轨踏面形成隐伤的线路工况条件。应用该条件对我国典型线路是否可能产生钢轨踏面隐伤进行预测，广深线、浙赣线满足钢轨踏面葫生隐伤的条件，而大秦线则不可能产生隐伤，这与实测结果一致，表明基于载荷因子和牵引系数的钢轨踏面隐伤预测方法是可行的。

波浪形磨耗对重载钢轨安定性及轮轨接触力的影响

用MATLAB/Simulink建立机车与货车振动模型,研究波浪形磨耗对轨道安定性的影响,对不同形式的波浪形磨耗进行了研究。并提出缓解波浪形磨耗的措施。

轮轨接触应力问题的安定性分析

轮轨的相互作用实际上是反复载荷作用下的接触问题。根据Melan定理从理论上对轮轨接触应力问题进行了安定性分析,并得到了轨头内残余应力可能存在的形式。同时,应用三维非赫兹滚动接触应力的计算软件CMEE,从数值上对轮轨接触应力问题进行了安定性分析。

轮轨滚动接触疲劳损伤机制与预测方法研究

随着列车运行速度和轴重的提高,轮轨接触疲劳问题成为铁路研究的重点和难题,它不仅增加车轮和钢轨维护成本,还直接危及列车行车安全。针对常见的轮轨接触疲劳损伤类型与损伤机制进行了较为全面的总结,分析了目前轮轨接触疲劳损伤的主要预测方法和模型。从轮轨材料、第三体介质和环境温度3个方面综述了轮轨接触疲劳损伤的形成机制,分析了用于预测轮轨接触疲劳损伤的安定图与损伤函数等方法模型,探讨了未来轮轨接触疲劳损伤预测亟需开展的研究内容。