摩擦系数对高速列车车轮瞬时滚动接触疲劳的影响

运用非线性有限元软件ABAQUS建立列车时速为300km的轮轨三维瞬时滚动接触弹塑性有限元模型,采用先隐式后显示的方法计算得到摩擦系数分别为0.05,0.1,0.2,0.3,0.4和0.5时轮轨接触斑内的横向蠕滑力、纵向蠕滑力和蠕滑力合力的分布;将此结果作为安定图和损伤函数的输入,分析不同摩擦系数对车轮接触斑疲劳指数和车轮损伤分布的影响。结果表明:摩擦系数对轮轨接触斑内蠕滑力合力的分布影响不大,但对其幅值的影响较大,蠕滑力合力随着摩擦系数的增大而增大;随着摩擦系数的增大,车轮的接触状态越来越接近于棘轮效应区,并随着载荷的循环加载,车轮易发生接触疲劳现象;由损伤函数可知,摩擦系数小于0.2时的车轮损伤主要为裂纹损伤,摩擦系数大于0.2时的车轮损伤主要是磨耗损伤,损伤分布的范围主要在车轮名义滚动圆附近。

柔性轨道下高速列车车轮谐波磨耗对轮轨滚动接触蠕滑特性的影响

针对柔性轨道下因谐波磨耗车轮激励而引发钢轨和轮对振动时的轮轨蠕滑问题,在分析柔性轨道下轮轨间滚动接触振动对轮轨蠕滑特性影响机理的基础上,基于CRTS型双块式无砟轨道和CRH2型高速列车,采用ANSYS和UM软件建立柔性轨道下高速列车的动力学数值模型;选取6种典型谐波磨耗(阶数分别为1,6和11阶;对应波深分别为0.1和0.3mm)车轮,进行轮轨滚动接触振动特性、轮轨蠕滑力和蠕滑率的分析。结果表明:车轮谐波磨耗阶数和波深的增加均导致钢轨垂向加速度、轮对垂向加速度、轮轨垂向力及轮轨蠕滑力和蠕滑率的大幅增加,且与阶数的影响相比,波深对滚动接触蠕滑特性的影响更大;当车轮的谐波磨耗取11阶和0.3mm波深时,轮轨垂向力最大值、钢轨垂向加速度最大值、轮对垂向加速度最大值和平均值、纵向蠕滑率平均值、纵向蠕滑力绝对平均值、横向蠕滑力最大值、纵向蠕滑力最大值分别约为车轮无谐波磨耗时的7.27,49.6,20.35,15.18,7.8,9.064,6.7和8.57倍;考虑柔性轨道后,轮轨接触脱离时间明显增加,轮轨蠕滑率和蠕滑力也有明显增大。