ELASTIC-PLASTIC FINITE ELEMENT ANALYSIS OF THREE-DIMENSIONAL CONTACT-IMPACT AT RAIL JOINT

Using the finite element code ANSYS/LS-DYNA, a dynamic finite element modelwith an elastic-linear-kinematic-hardening plastic material is established to analyzeelastic-plastic stresses in the railhead in the impact process of wheel and rail occurring at thegap of rail joint. The model is based on the discrete elastic support condition of the rails, whichis suitable for the actual situation of wheel/track rolling contact. In the analysis the influencesof axle load, yield stress and tangent modulus of rail material on the stresses and strains areinvestigated in detail. The distribution of stresses and strains in the jointed railhead are given.It is found that the axle load, yield stress and tangent modulus of rail material greatly affect thestresses and strains in the railhead during impacting. The study provides a reliable method anduseful datum for the further research on fatigue and wear of railhead and improving the rail jointmode.

钢桥面板顶板-U肋焊缝裂纹萌生特征及扩展规律

【目的】研究轮载作用下钢桥面板顶板-U肋焊缝裂纹的萌生特征及扩展规律。【方法】通过有限元方法建立钢桥面板节段模型,分析了不同轮载位置下构造的变形特征,明确了轮载位置与典型变形特征的对应关系,相应建立了3种局部简化模型。在局部模型的基础上根据应力分布确定了裂纹萌生特征,并基于断裂力学进行裂纹扩展三维数值模拟。【结果】模拟结果表明,在以顶板为主的变形条件下,顶板焊趾和顶板焊根的最大主应力明显大于U肋焊趾处,裂纹产生后Ⅰ型应力强度因子远高于Ⅱ型和Ⅲ型;在以U肋为主的变形条件下,顶板焊根和U肋焊趾处的最大主应力垂直于U肋厚度方向,裂纹产生后Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子占Ⅰ型应力强度因子K的20%~30%。【结论】实桥中轮载偏离焊缝正上方时,疲劳裂纹易从顶板焊根和顶板焊趾处萌生且沿顶板厚度方向扩展,以Ⅰ型裂纹为主;当轮载位于焊缝正上方时,疲劳裂纹易从顶板焊根和U裂焊趾处萌生并大致垂直U肋腹板扩展,属于Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,且扩展速率较快。

基于3m波长地铁钢轨焊缝接头不平顺的轮轨响应分析

相对于1 m弦测值的焊缝接头动力学评估与管理,基于3 m波长范围的焊缝接头不平顺轮轨响应分析对其服役状态评估与管理具有重要意义。首先,基于车辆-轨道垂向耦合动力学理论建立车辆-轨道垂向耦合模型;然后,借助基于一弦N点弦测法研制的钢轨短波不平顺测量小车,对地铁线路焊缝接头不平顺进行精确测量,并根据传统弦测理论得到1 m弦测值;接着,将实测3 m波长焊缝接头不平顺和1 m弦测值作为车辆-轨道垂向耦合模型的不平顺激励输入,对比3 m波长焊缝接头不平顺和1 m弦测值激扰下的轮轨响应;最后,研究了车速和焊缝位置对轮轨动力响应的影响。结果表明:相比1 m弦测值激扰下的轮轨动力响应结果,3 m波长焊缝接头不平顺激扰下的轮轨力幅值变化不明显,轮重减载率幅值增大11.52%,钢轨加速度幅值增大54.05%,轮对振动加速度幅值增大37.67%;车速提高会导致轮轨力和轮重减载率幅值增大;焊缝中心与轨枕间的距离增加,轮轨力幅值先增加后减小,当焊缝中心距离轨枕0.1 m时,轮轨力幅值最大。

道基不均匀分布下通用机型轮载对机场道面力学性能影响研究

为研究道基水平方向不均匀分布对机场道面板力学性能的影响,建立飞机荷载-道面结构-不均匀道基三维模型,采用数值模拟方法分析多板协同受力模式下基顶反应模量变化对道面板弯拉应力影响,探讨通用机型(空客A320和波音B737-800)轮载作用时基顶反应模量变化和道面板厚度对道面板力学性能以及接缝传荷系数的影响,同时基于缩尺试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:对于A320机型,当道基水平不均匀分布时混凝土板弯拉应力增大,基顶反应模量变化率由0%增加至65.46%时,轮载作用于传力杆接缝板边时道面板弯拉应力由4.06 MPa增加至5.73 MPa,超过极限弯拉应力;增加板厚能够有效地提升刚性道面板受力安全时基顶反应模量变化率的取值范围;道面板接缝传荷系数随着基顶反应模量变化率的增加而增大,基顶反应模量变化率从6.84%增加至56.30%时,道面板传荷系数增加2.44%;室内缩尺试验验证了道基不均匀分布对传荷系数的影响规律。在道面板设计时,应充分考虑道基水平方向不均匀分布对道面板力学性能的影响,避免在服役期间过早出现结构破坏。

主动前轮转向控制特性研究

【目的】对主动前轮转向控制系统展开研究,改善汽车的转向性能及安全性能。【方法】使用Simulink建立车辆理想二自由度模型,基于滑模控制理论搭建主动前轮转向系统,并通过Simulink与Carsim的联合仿真环境进行车速分别为40 km/h、80 km/h、120 km/h,地面附着系数为0.8的控制器效果仿真实验。【结果】主动前轮转向控制器提供的附加前轮转角可使实际横摆角速度紧密跟随理想横摆角速度,且无明显抖振。【结论】主动前轮转向控制器对于提升车辆稳定性有重要意义,可为AFSS控制器的开发提供一定的理论指导。

高速铁路大跨度连续斜拉桥上梁端一体化装置性能研究

目前大跨度斜拉桥上铺设无缝线路,梁端处需设置梁端伸缩装置和钢轨伸缩调节器以降低钢轨产生较大的附加应力,但此结构无法协调较大的梁轨相对位移,应用范围有限。为此,提出了一种梁端一体化装置结构,能适用于较大的梁缝伸缩情况且伸缩阻力较小,经过现场应用效果良好。针对时速350 km下高速列车能够平稳通过大跨度斜拉桥无缝线路梁端的要求,建立了相关三维梁端车-线-桥耦合模型,确定了轮轨接触关系,验证该结构在大跨度斜拉桥下对于高速列车平稳运行的适用性。结果表明:温度和梁端转角作用下钢轨会产生一定变形,钢轨垂向变形大于横向变形,最大垂向位移达到15.71 mm。对比仅施加德国低干扰不平顺谱,叠加温度或梁端转角变形后行车过程中的梁端一体化装置动力响应增大,且对钢枕振动垂向加速度的影响较为明显,从38.92 m·s^(-2)上升至48.69 m·s^(-2),增加25.1%。相比之下,极限拉伸状态比极限压缩状态下行车过程中的梁端一体化装置结构响应大,钢枕垂向加速度从40.64 m·s^(-2)上升至62.39 m·s^(-2),增加53.5%,应在高温拉伸状态下对梁端一体化装置性能进行定期检测。梁端一体化装置在以上工况下的响应均满足标准规范要求,本研究可为其在列车高速运行通过大跨度斜拉桥梁端时的铺设提供参考。

六轮移动机器人爬楼梯能力分析

研究了PBJ 0 1防暴机器人攀越楼梯的能力 .从机器人对楼梯的几何包容、机器人重心和机器人爬楼梯过程中的最大俯仰角对机器人倾覆的影响等多方面考虑 ,得出机器人能够爬越楼梯时楼梯参数必须满足的条件 .在该机器人的行为决策中 。

六轮移动机器人包容地形研究

分析了六轮机器人的四种常见地形:台阶、凸台、壕沟、楼梯的几何参数与机器人自身参数的关系,得出了这些地形能够成为机器人的包容地形的限定条件。在机器人的行为决策中,为其选择越障还是避障提供了依据。

四轮转向汽车控制策略及稳定性研究

提出了一种四轮转向横向控制和制动力纵向联合控制(4WS-DYC)的控制策略。建立了二自由度车辆动力学模型,计算稳态时车辆的质心侧偏角和横摆角速度;基于最优控制理论建立了四轮转向LQR控制器和分层制动力纵向控制器;最后验证了双移线工况下控制策略的效果。结果表明:4WS-DYC控制策略有效,相比Car-Sim自带模型,低速时质心侧偏角降低了65%,高速时横摆角速度下降了34%。

钎焊单层金刚石砂轮的实验研究

单层高温钎焊超硬磨料砂轮具有传统砂轮和电镀砂轮无法比拟的优异磨削性能。利用高频感应钎焊的方法 ,以 Ag-Cu合金和 Cr粉为钎料 ,在一定的钎焊工艺条件下进行了实验研究 ,实现了金刚石与钢基体间的牢固化学冶金结合。扫描电镜分析发现在 Ag-Cu-Cr与金刚石的界面之间形成Cr C,与钢基体结合界面之间形成 ( Fex Cry) C,这是实现合金层与金刚石及钢基体之间都有较高结合强度的主要因素。并在相同的磨削参数条件下与电镀砂轮进行了对比实验 ,取得了较好的结果。

反作用轮铰间隙对航天器动态特性影响分析

反作用轮是高精度航天器姿态控制系统的主要扰动源之一,其转动副间不可避免的含有间隙,研究铰间隙对航天器动态特性影响,对建立更精确的反作用轮扰动模型至关重要。基于虚拟样机技术,采用非线性弹簧阻尼模型建立间隙处的接触碰撞模型,同时采用修正的Coulomb摩擦模型考虑运动副间隙处的摩擦作用,进而建立考虑反作用轮铰间隙的卫星系统虚拟样机模型,对其进行动力学仿真分析,详细分析间隙对系统各动态变量的影响,为卫星系统的结构设计及控制策略的制定提供参考。

基于仿生关节的新型轮-腿复合式移动系统

提出一种基于仿生关节的新型轮-腿复合式移动系统。该系统在功能上和结构上都真正实现了"轮腿融合",利用一套机构实现了轮、腿双重功能;驱动器安装在基座上,不仅减小了负载,也降低了布线难度。在分析系统的运动原理后,针对单纯的偏摆运动和自旋运动分别给出了其运动学模型,并进一步指出了两种运动模式的相互渗透和影响,得到了完整的运动模型。选定一个实例对系统运动特性进行研究,理论计算和虚拟样机仿真结果表明,所建立的运动学模型反映了系统真实的运动状态。物理试验样机姿态调整试验表明,所提出的移动系统具备轮-腿复合功能,能够使平台实现多种运动模式。

真空条件下钎焊单层金刚石砂轮的研究

单层高温钎焊超硬磨料砂轮具有电镀砂轮无法比拟的优异磨削性能 .在真空条件下用Ni Cr合金做钎料进行了钎焊单层金刚石砂轮的实验研究 ,实现了金刚石与钢基体间牢固的化学冶金结合 .扫描电镜X射线能谱 ,结合X射线衍射结构分析发现 ,在金刚石界面上有Cr的碳化物Cr3C2 和Cr7C3存在 ,而钢基体结合界面上则生成有 (FexCry)C ,这应是金刚石与钢基体之间具有较高结合强度的主要原因 .通过磨削实验验证了金刚石确实有很高的把持强度 .

轮滑双脚支撑惯性转弯滑行同侧手拨膝法探讨

在轮滑双脚支撑惯性转弯滑行中,内侧脚用轮外缘支撑是教学中的难点。经过实验研究,证明采用同侧手向外拨膝法,可以有效纠正初学者膝关节内扣的错误动作,有利于臀向圆心移靠,便于掌握内侧脚轮外缘支撑技术。

车轮滚过钢轨错牙接头处产生的轮轨冲击噪声机理分析

当列车通过钢轨错牙接头时,会产生强烈的冲击并引起冲击噪声。为了探明铁路线上列车通过钢轨错牙接头处产生的轮轨冲击噪声,建立了基于车轮-轨道相互作用的轮轨冲击噪声预测模型,计算分析了钢轨错牙接头激扰下轮轨冲击力和冲击噪声的特性。结果表明:车轮通过钢轨错牙接头时会产生剧烈的冲击力和冲击噪声;迎轮错牙引起的轮轨冲击力峰值比送轮错牙接头要大210.5 kN,而引起的冲击噪声比送轮错牙接头大10～20 dB(A)。错牙高度越大其引起的轮轨冲击力和轮轨冲击噪声也越大。钢轨错牙高度增加0.5 mm时,轮轨冲击力最大峰值约增大60～90 kN,而轮轨冲击噪声在全频段都会增加1～3 dB(A),钢轨错牙引起的轮轨冲击力与冲击噪声成正比关系。随着车轮运行速度的增加,其激发的轮轨冲击力相应地增加,P1力变化比P2力明显,车轮速度在100 km/h以上钢轨错牙引起的轮轨冲击噪声变化十分显著。

钢轨焊接接头不平顺演变条件下的轮轨接触分析

钢轨焊接接头处容易出现短波几何不平顺,严重制约着钢轨的服役寿命并影响行车安全。为研究钢轨焊接接头几何不平顺演变对轮轨接触行为的影响,首先,基于有限元方法建立三维轮轨滚动接触模型,分析我国某线路实测钢轨焊接接头几何不平顺处的轮轨动态响应;随后,建立局部钢轨有限元模型,通过引入钢轨材料的循环本构模型,研究循环荷载作用下钢轨接头处的应力-应变响应。研究表明:(1)随着钢轨焊接接头几何不平顺的演变,轮轨接触力和接触应力逐渐增大,其变化率也随之提高;(2)考虑列车牵引工况时,在轮轨切向力的作用下,钢轨焊接接头处的材料响应在其几何不平顺演变过程中均处于棘轮效应状态,尤其是几何不平顺演变中后期,循环积累的应变显著增加,累积应变变化率由之前的22.4%增长到53.2%,即加快了钢轨的劣化;(3)若不考虑列车牵引或制动操作时的作用力,材料响应则为塑性安定。

轨道车辆固液复合轴箱定位节点技术应用与展望

传统式橡胶轴箱节点难以同时满足轨道车辆蛇行运动稳定性和曲线通过性能要求。固液复合减振技术作为第二代减振技术在轨道车辆上推广应用是趋势所在。固液复合轴箱定位节点通过在橡胶体内内嵌液压机构实现了低频低刚度和高频高刚度的可变刚度和阻尼可调特征。文中介绍了固液复合轴箱节点的概念结构、工作机理和技术特征,介绍了该技术在国内外铁路转向架上的研究与应用情况,并简述了这类复合节点今后的技术发展方向。

钢轨焊接接头受力测试研究

研究目的:为了研究轨道不平顺对轮轨作用力的影响,从而为钢轨焊接接头不平顺限值提供技术依据。研究结论:通过对比研究不同焊接接头轨面不平顺条件下的轮轨作用力和轨道结构的振动加速度大小现场动测试验,表明钢轨焊接接头的平顺性对轮轨作用力的影响较大,特别是当轨面平顺性大小波长不一致时,对P1和P2力的影响也不一致。由理论分析可知,P1力只对钢轨表面伤损产生较大影响,而P2力则对轨道结构所有的部件都有较大影响。研究表明,提高钢轨焊接接头的轨面平顺性,可有效降低P2力,从而达到降低轨道结构部件的应力水平的目的。

列车提速对线路的动力影响研究与对策

列车提速是我国铁路实施的具有战略意义的重大决策。由于提速是在既有线上进行的 ,提速后机车车辆对线路结构的动力影响将不可避免地增强 ,给轨道结构强度和线路日常养护维修工作带来不利影响。文中运用车辆 -轨道耦合动力学理论 ,对提速线路上较为突出的几个动力问题——提速道岔、钢轨焊缝、路桥连接处的动力问题 ,以及车轮擦伤对线路的动力影响等 ,进行了较细致的分析研究 ,在此基础上提出了解决这些问题的基本对策。

钢轨焊接接头最危险应力确定

采用了车辆 -轨道耦合动力学模型进行焊接接头轮轨动力计算 ,建立了钢轨外形尺寸模型 .结合线路实际条件 ,以此作为参数 ,建立了钢轨焊接接头有限元模型 ,并进行了有限元分析 ,得到了焊接接头弯曲应力分布和钢轨变形情况 .得出的结论是钢轨焊接接头在轨腰和轨底连接处是应力集中的区域 .