车轮滑动时钢轨热弹塑性有限元分析

利用有限元分析软件ABAQUS建立轮轨接触热弹塑性平面应变热机耦合有限元模型。模型中,材料本构采用的是双线性塑性模型,考虑轮轨自由表面与环境的热对流的影响和温度对材料参数的影响,通过移动边界条件模拟轮轨接触区的移动。分析车轮滑动时不同摩擦因数和轴重对钢轨温度场和残余应力分布的影响。计算结果表明,钢轨表面最高接触温升发生在接触斑中心后半轴靠近边缘处,温升主要分布在接触表面大约1.6mm的深度范围,钢轨表层最大VonMises等效应力发生在离钢轨表面大约0.2mm的次表面;残余应力应变的影响主要在钢轨表面大约10mm范围内,在钢轨表面考虑热影响时残余应力比不考虑热影响的大;考虑热影响时钢轨表层的温度随摩擦因数和轴重的增大而增大,钢轨表层残余应力也随着摩擦因数的增大而增大,而轴重对钢轨表面残余应力影响不明显,而在次表层影响很大。

考虑变摩擦系数的轮轨系统滑动接触热弹塑性应力分析

以LM型踏面车轮和60kg·m-1钢轨为例,采用双线性塑性模型和平面应变热力耦合单元实现轮轨的热弹塑性耦合,传热过程中考虑轮轨接触斑处的非稳态热传导以及轮轨与周围环境间的热对流和热辐射,建立轮轨滑动接触二维热弹塑性有限元模型,分析轮轨接触斑间全滑动时不同相对滑动速度下,与温度变化相关的变摩擦系数对轮轨接触表面温度和等效应力的影响,并与取0.334的常摩擦系数时进行对比。结果表明:钢轨在轮轨接触斑附近的摩擦温升主要分布在其接触表面大约1.8mm的深度范围内,而车轮的主要分布在其接触表面大约2.5mm的深度范围内,采用变摩擦系数得到的轮轨摩擦温升要比采用常摩擦系数时低57%左右;轮轨接触斑附近钢轨和车轮的最大等效应力出现在车轮和钢轨的次表面上,采用变摩擦系数时得到的车轮和钢轨等效应力的影响范围比采用常摩擦系数时略小;轮轨间相对滑动速度对车轮接触表面的温度和等效应力影响不明显,但对钢轨接触表面温度和等效应力的影响明显,相对滑动速度越大,钢轨接触表面的温度也越高。

板间摩擦对航空连接件疲劳性能的影响

针对某型飞机外翼下壁板典型连接件结构,建立了三维有限元接触模型,对其细节弹塑性应力进行了分析,并利用局部应力应变法估算了其疲劳寿命。研究发现,连接件的疲劳性能对搭接板之间的摩擦条件是较为敏感的,随着摩擦系数的减少,板之间的摩擦力下降,孔边局部应力增大,连接件的疲劳性能下降。最后,对不同摩擦条件下的航空模拟搭接试件进行疲劳试验,试验结果与寿命估算结果较为一致,验证了分析方法的有效性。

基于热力耦合的钢轨接触疲劳裂纹扩展特性分析

采用热弹塑性有限元法和裂纹尖端位移法,对轮轨全滑接触状态下的钢轨表面斜裂纹的扩展特性进行分析。热力耦合有限元模型中,考虑轮轨自由表面与环境热对流、裂纹表面间热传导和温度对材料参数的影响,通过移动边界条件模拟轮轨接触区的移动,计算轮轨摩擦因数、裂纹表面间的摩擦因数和裂纹角度对钢轨表面裂纹扩展特性的影响。计算结果表明:在热力耦合作用下,钢轨斜裂纹的剪切扩展模式占主导;裂纹尖端最大张开位移随轮轨摩擦因数和裂纹角度的增大而增大;减小轮轨摩擦因数、增大裂纹表面摩擦因数和小的裂纹角度,可限制钢轨表面斜裂纹的扩展。

钢轨错牙接头区轮轨接触的热弹塑性分析

为了探究钢轨错牙接头区轮轨滑动接触关系,利用有限元软件ANSYS建立了轮轨滑动接触热弹塑性二维有限元模型,分析了错牙高度、滑动速度以及常、变摩擦系数对轮轨间接触应力以及钢轨摩擦温升的影响.研究表明:轮轨间的接触应力、摩擦热、剪应力、等效应力以及等效塑性应变均随错牙高度增大而增大,错牙高度从1.6mm增加到1.8mm时剪应力、等效应力以及等效塑性应变急剧增大;轮轨接触应力等各值也随着滑动速度的增加而增大,在3m/s时存在速率突变;最大摩擦温升、剪应力、等效应力和等效塑性应变随摩擦系数的增大而增大,但轮轨接触应力则随摩擦系数的增加而减小.

机车轮对过盈配合温差法装配的有限元模拟

与经典的力学方法相比,用有限元方法可以有效地分析复杂形状轴毂过盈配合的各种问题,从而提高轴毂过盈配合设计的可靠性。对机车轮对过盈配合温差法装配过程的有限元模拟说明,虽然在过盈量较小时,弹性和弹塑性有限元模拟都能够比较真实的模拟车轮与车轴中的应力分布,确切地反映轮毂配合间的接触边缘应力集中等,但是,当过盈量较大而发生塑性变形时,弹塑性模拟分析,能够比较准确地计算出轮对的塑性变形,因而,比弹性有限元模拟更加真实,因此,弹塑性有限元分析对安全性要求很高的机车轮对过盈配合的设计就更有指导意义.

基于改进摩擦功模型的轮轨滚动接触磨耗研究

摩擦功模型常用于轮轨接触磨耗的分析,但无法反映轮轨磨耗程度的差异,亦不能很好考虑材料塑性屈服对接触磨耗造成的影响。结合轮轨接触处的Mises应力分布特征,提出弹、塑性分区磨耗及塑性区摩擦功这一评估指数,实现了对摩擦功模型的改进。基于建立的滚动接触有限元模型,分析轮轨塑性区摩擦功与总摩擦功随轮轨屈服强度比的变化规律。结果表明:塑性区摩擦功能反映材料塑性屈服与摩擦功激扰的共同作用。随着轮轨屈服强度比的提高,接触斑总摩擦功缓慢增大,车轮及钢轨塑性区摩擦功之和变动明显,并呈先减小后增大趋势;车轮磨耗高于钢轨发生在轮轨屈服强度比小于0.96的范围内;轮轨屈服强度比为1.01~1.02时,系统塑性区摩擦功数值降到最小。

不同因素对机械弹性智能车轮加速度信号的影响

为了研究不同滚动工况对机械弹性智能车轮加速度信号的影响,采用有限元分析方法研究速度、附着系数、载荷对接触应力和加速度信号的影响以及车轮不同位置的加速度信号的差异性。结果表明:速度和地面附着系数对法向接触应力分布影响不大;路面附着系数增大导致摩擦应力分布的不均匀性增加,载荷增大导致接地区域接触应力最大值增大。车轮速度增大,加速度峰值幅值增大,加速度峰值时间间隔减小;载荷增大,加速度峰值时间间隔增大;纵向附着系数功率谱能对地面附着系数进行区分;輮轮中间加速度信号更适合用于侧偏特性研究,通过侧向加速度信号积分得到侧向位移,可用于侧偏角估算。

弹性锥环的对数与承载能力的关系

本文通过对弹性链环联接的工作原理简单介绍，分别对单对环和多对环的受力进行分析，从而对多对环联接时环的对数对承载能力的影响进行探讨．理论计算表明，联接所能传递扭矩的增加量随弹性环对数的增加而减少，故弹性环对数不宜多于四对．