轮轨接触力学

轮接学

牵引动力心

学号：13217021

刘新龙轮轨触动学报—

关于轮轨接动力学的思年级：2013级专业载运工具应用程姓名：刘新龙学号：132170212

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学号：13217021关于轮轨接动力学的思

刘新龙提高机运行速度和大牵引力是当今世铁路发的趋势,达到这一目的必须深入轮关系的论研究,善机车的粘利用水。轮轨关系是机车辆、轨道系中最基、最复杂的个问题,是特殊、典型的三滚动摩擦触问题。接理论始1,由H.Hertz发表的典论文论弹性固体的触》。他提了椭圆触面的假设,把维接触题简化为弹无限半空间题。Hertz的究成果为接理论奠了坚的基础但Hertz理仅局限于摩擦表面及想弹性体,对于轮轨样复的三维动接触问题然是不准确求解的近几十来,国内外轮轨滚接触问题的论研究实验研究方都取得了很进展,但随着铁路技术不断提高,使用解解法解轮轨系问题局限性愈加突出。高速和载的要求下轮轨的磨问题、疲损伤问变得更加重,而这些题的生都与轨间作用力着直接关系。因此,现有轮轨动接触理论基础上使用有限元法以精模拟轮轨的何形状其相互触关系,是今后解决轨关系题的主要途。不断增的运输量要求铁路须在保证安的前提,增加货物车的重量提高客运车的度和运品质。因此新型机车车辆的设、制造线路的设与维护,都迫切要预知轨之的动力用特性。而在人类经能够确地模拟一飞行体宇宙空间的动并进精确控制但却能精确摸拟路轮轨的相作用。见轮——轨系及车——线路相作用仍是铁道辆动力学的心课题机车车辆或列车与道线路是一整体系,在这个统中,它们相互关联相互作用因此在究机车车辆力学性时,不能简地视线路为激干扰换言之,线路也并不在独立列车的激扰性。引系统产生振和其它力作用的是轨和车的滚动面上际存在不平顺其它几何技特性,然还有车中车与车辆之间机车与车辆间的相作用。3

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刘新龙在轮轨动接触力学究方面出重大贡献是荷兰者Kalker授,的一系研究成果是今各国路公认的权之作。1967alker吸取了众多学者论的基础上在其士论文中用项式级表达了具有圆接触的滚动接问题的解,而把二理论发成为三维理。从0代到80代他不断地对理论进行发,并先后制出了UVOROL序和ONTACT程序可以对ertzHertz的维弹性滚动接触问进行求。Kalker三维非Hertz滚动接触理论在其值实现程中,入了性力学的弹半空间设即将轮视为两个无弹性半间,而根本法精确拟车轮踏面钢轨的几何形,而列车轮缘与轨贴靠形成拱形接或两点触时,计算模型与实际情将相差甚远另外,基于这种设的计算对轨接触性分析更是能为力。弹塑性题和接触问都是边待定问题,在体受力,在部既产生了弹性区可能产生塑区,弹性和塑性域的交面是待定的在接触交界处两个物体的际接触也是待定的但这两边界定问题特点都是待定的边总是由总体衡和受体各部分刚比制约内部变形决的也就是说需通过变分才弄清边面在何处。塑性问和接触问题是边界定问题在物体受力,在部既产了弹性区又能产生性区弹性和性区域的界面是待定;在触交面处,个物体的实接触区也是定的。这两个界待定问题特点都:待定的边总是由体平衡和受体各部刚度比约的内部变决定的也就是说需通过变才能弄清边面在何。我国铁正线通过总增长迅。货运密度世界铁中占第二位因此钢的重型化应是发展向。重型轨的成套术将是重点究任务之一根据前节的述,和国内外经验重轨路比轻线路有着很的技术经效果,但重轨线路虽抵抗垂直和平力的力增加轨道残余变形积累减,但可预轨头接触区接应力和头内最大剪力将增。为了减少重的接触应力应考增大重轨顶的半径提高钢轨的度,特别是提高。钢轨材质具抗接触劳损伤、抗离、抗脆耐磨和可性好的合耐用力,就是强韧化因此强化也应当是国钢轨发展方向。型4

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刘新龙化和强化的结合,才能适我国铁繁忙线和重线路的发展各国铁普遍关心的车车辆动力学性能以安全中心的各项应数值它们包脱轨全性曲线通性能动态稳态和过缓和线的能)、直线运稳定性、对轨道破坏作以及其运行质平稳性近20来,随着计算术的发展,车辆动学及安评价分析技有了长足的展开发了很多用软件,有人甚至提了分析段会替代试的预言观点。但是今对安性的最终评仍离不在线路上的验。各情况不同所采用的方也不尽致,为其中几种型的北铁路、英国路和欧大陆各国铁在几项重动力学性能价上存较大差别。从发表研究论文中可看到干活跃的领和令人注的课题如在拟分析域中的非线稳定性究,非线性问的数解法,立轮对车辆力学以自导向转向动力学参数研究。试验研和模拟试验域的车振动、动试验台模试验,高速、载铁路轮轨接触损试验研及动态接触摸试验研究等虽然题众多,但从学者们广泛注视的题和车动力学研究发展趋势看笔者为有以下结:1.轮轨相互用研究的发和实际题的需要,究高频力学是必然趋势。2.车辆路是不可的整体统,其中线路模型的究尚欠善,特别是模型数的测量和验识别术更待发展3.动力学能和安评价试验技和评定标准需发展有关的分析软件的靠性和适用围有待一步验证。4.新结构主动控技术有发展景和实用潜的研究向。笔者认：将车辆与路综合一个整体系正逐步为轮轨相互用的研究方。车辆路系统的各子系已有众各具特色的型重的不是型的型而在于符合体问题需要和恰当参数。别是线路模,我国实5

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刘新龙际线路路基、道床轨道结与国外情况同不能直接沿国外的验数据和模型数。因此,应用系识别理通过试验确定我国路系统型中的各项数,一项重要而意义的题。铁道部学研究的轨道动力试验室环行试验道及用试验为开展此课研究提了极好的条。近20年来世界国针对各类题编制近300车辆及道动力学计程序。国也曾组织发过一机车车辆动学分析件包,最近又引进了NUCARS、MEDNA等通用软件,今后任务应是,一方面对内的件在验证的基上进行规范、实用、商品化改使之成为功强、便工程使用的通软件;另一方面对引的软件,在消化吸的础上在中国路条件下确认们的实用范。随着高铁路的发展主动制技术、磁制动技等新技术的用不可避免。时,机车车系统将不再单一能范畴,而是械、电液压、热以至磁和体等多种能藕合系。系统的性也会受种基本物理程的影。有效应于系统动力研究的合图方法(MethodBond提供一种统一处多种能量范的工程统的动态分方法。把多种物理量统一归纳成种状态变量、流、位和动量变同时采用了种“元件”表征基本理性能和描功率变及守恒的基连接方。然后可以据系统功率流向,照规定的步制定系键合图模型并列出由状变量所述的系统状态方程。了图形数学描述的一格式只要定一完全增定向的合图模型输计算机利用计算技术的能,即能得出仿真结。与用微方程、差分程描述统的数学模不同,合图方是以状态方为数学型的状态空法进行统分析。它在研究象日趋复杂,算技术日益提的背景下产发展的它不仅适用线性系和定参数系,而且适用于非性系统和时参量系,特别对于输入多出和随机输的情况有其优性。车辆动学的模拟分技术至不能代替运去评定辆的性能其重原因之是我们对某基本物现象的机理识浅陋如轮粘着磨耗、6

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刘新龙轨机理在静态或准态模型得出的理论碰撞、击作用也都化为静载荷等,另一方这些静态理论出的近公式已成为国制定计规范和评定准的依据。此要解分析与试验差异,规范和准不致制约路技术发展,车辆动力学的一个任务应在动态轨粘着机理动态脱机理、击载荷对结的动态应及机制等题上有进展。研究的的在于应用并非理模型越复杂果越精相反,应针对研究对象研究目的,采用尽简单合的模及解法重要是预测的性必须与试和观察现象一致性因此,试验术无论对分析结果验证或者是直接以评价车辆力学性都是不可缺的条件所以我们不忽