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表面不平顺对轮轨摩擦温度场的影响

交通运输工程学报 2005年第2期5卷 19-22页

作者：赵鑫温泽峰金学松西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

为揭示轮轨表面破坏与摩擦温升的内在联系,利用有限元和有限差分混合算法,建立了轮轨滚动接触热耦合计算模型,模拟轮轨滚动、滑动接触温升过程。模型中考虑了轮轨间非稳态热传导、与环境的热对流、热辐射,针对轮轨光滑和不平顺两种接触... 详细信息

为揭示轮轨表面破坏与摩擦温升的内在联系,利用有限元和有限差分混合算法,建立了轮轨滚动接触热耦合计算模型,模拟轮轨滚动、滑动接触温升过程。模型中考虑了轮轨间非稳态热传导、与环境的热对流、热辐射,针对轮轨光滑和不平顺两种接触表面情形,分析了滚动、滑动工况下轮轨界面间的摩擦温升状态。计算结果表明轮轨表面不平顺能使经历短时间滑动的轮轨表面倾向于产生斑点状剥离,长时间滑动与滚动工况下表面不平顺对温度场的影响可忽略,滑动工况的温升较滚动工况的大。

关键词：铁道工程轮轨摩擦接触温升有限元滚动接触表面不平顺

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两种型面轮轨滚动接触蠕滑率/力的比较

工程力学 2002年第3期19卷 82-89页

作者：温泽峰金学松西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

本文从数值方面详细分析了两种型面轮对和轨道在滚动接触过程的接触几何、蠕滑率和蠕滑力。在利用Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论进行轮轨蠕滑力分析时，首先利用有限元方法确定了因轮轨的弹性变形而引起轮轨接触点处的弹性位移差... 详细信息

本文从数值方面详细分析了两种型面轮对和轨道在滚动接触过程的接触几何、蠕滑率和蠕滑力。在利用Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论进行轮轨蠕滑力分析时，首先利用有限元方法确定了因轮轨的弹性变形而引起轮轨接触点处的弹性位移差。并利用弹性位移差修正Kalker理论中由Boussinesq和Cerruti公式确定的力和位移的影响系数，使本文的数值过程能考虑到轮轨结构变形对轮轨接触斑的影响。通过计算分析可知，在轮对运动状态相同的情况下，磨耗型轮对和轨道之间的力学行为与锥型轮对和轨道之间的力学行为相比，存在较大差异。数值结果有助于进一步分析轮轨之间的磨耗、滚动接触疲劳和轮轨使用寿命，为采取相应措施提供理论依据。同时发现目前我国铁路所采用的1/40轨底坡与目前正在全面推广使用的磨耗型轮对不是处于最佳匹配状态，有待进一步改进。

关键词：轮对轨道滚动接触蠕滑率蠕滑力列车安全

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车轮非圆化磨耗问题研究进展

西南交通大学学报 2018年第1期53卷 1-14页

作者：金学松吴越梁树林温泽峰西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

高速铁路在我国迅速的发展,显著改善了人民的出行方式和质量,大幅度缩短了出行周期,充分提高了工作效率.我国的高速铁路网已成为"国民经济建设高速发展的大动脉",但运营中的高速列车车轮因连续磨耗和定期的镟修,轮径不断缩小且在缩小的... 详细信息

高速铁路在我国迅速的发展,显著改善了人民的出行方式和质量,大幅度缩短了出行周期,充分提高了工作效率.我国的高速铁路网已成为"国民经济建设高速发展的大动脉",但运营中的高速列车车轮因连续磨耗和定期的镟修,轮径不断缩小且在缩小的不同阶段发生不同程度的非圆化磨损现象,某些阶段还十分严重.列车车轮非圆化磨耗会使轮轨间作用力显著增大,导致铁路车辆和轨道产生强烈的振动和噪声,影响车辆的运行品质、旅客乘坐舒适度和车辆-轨道系统零部件的使用寿命,严重时将会威胁到行车安全.车轮各类非圆化磨耗类型,主要分为局部非圆化磨耗和全周非圆化磨耗,其中局部非圆化磨耗主要包括扁疤、剥离、脱层、塌陷等局部异常磨耗,全周非圆化磨耗主要为车轮多边形磨耗.近几年,在我国各类型高速动车组列车上均发现车轮多边形磨损,在车轮全寿命周期内的不同轮径情况下,多边形磨损的边数(波长)和发展速度不同,已经越来越受到行业内相关研究人员的重视.文章详细地综述了国内外对铁路车辆车轮非圆化磨耗的研究历史和现状,涉及到相关研究文献75篇,对车轮非圆化磨耗的研究主要分为3个方面:(1)车轮非圆化磨耗对车辆/轨道系统动力学行为、车辆噪声的影响研究,大量研究表明车轮非圆化幅值、波长、车速和轴重等因素对车辆/轨道系统动力学行为和车辆噪声均有显著的影响.(2)列车车轮非圆化磨耗发展规律研究和列车车轮多边形磨耗机理研究.车轮多边形磨耗产生的根源在于转向架系统的高频柔性共振,系统的共振频率、列车速度和车轮的周长在满足一定的条件下,车轮多边形磨耗发展速率较高,轮轨滚动接触界面严重的不平顺激励,将促使多边形磨损萌生和发展.到目前为止,对于车轮多边形磨耗发生和发展的机理,国内外仍众说纷纭,未达成共识,尚待开展进一步的研究工作.(3)列车车轮非圆化磨耗检测技术相关研究.最后,对该领域今后的研究方向进行了展望:发展车辆轨道刚柔耦合动力学模型再现车轮多边形演化过程,多边形形成的机理;通过改变运营方式来抑制多边形发展速率;研究车轮智能踏面修形器来消除或抑制车轮多边形的发展.

关键词：车轮非圆化磨耗轮轨力车辆/轨道耦合系统系统共振对策

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B型地铁车轮失圆问题分析

机械工程学报 2020年第14期56卷 152-160页

作者：陶功权周小江周业明温泽峰西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111

车轮失圆是铁路轮轨列车较为常见的问题之一,对车辆运行安全和轮对维护具有较大影响。通过对80km/h速度级B型地铁车辆车轮不圆度进行大量测试,发现测试的6条线路中有5条线路车轮主要表现为偏心磨损,且车轮失圆发展非常缓慢,仅1条线路的... 详细信息

车轮失圆是铁路轮轨列车较为常见的问题之一,对车辆运行安全和轮对维护具有较大影响。通过对80km/h速度级B型地铁车辆车轮不圆度进行大量测试,发现测试的6条线路中有5条线路车轮主要表现为偏心磨损,且车轮失圆发展非常缓慢,仅1条线路的车轮失圆较为严重,主要表现为偏心和5~8边形。失圆严重的车轮存在明显凹形磨耗,并且闸瓦-车轮匹配关系较差,闸瓦不能起到圆度修形作用,导致车轮失圆发展较快。根据现场调研和试验结果分析,提出了降低列车启动加速度、改善闸瓦-车轮匹配关系和降低轮轨动力作用等措施减缓车轮失圆的发展。根据车轮失圆对车辆动力学性能影响的仿真分析,提出了车轮低阶多边形的镟修限值,建议采用径跳0.4mm的统一限值对低阶失圆车轮进行镟修。

关键词： B型地铁列车车轮失圆车轮磨耗车轮镟修减缓措施

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轮轨高频动力作用模拟中接触模型的影响分析

机械工程学报 2020年第12期56卷 124-132页

作者：张鹏赵鑫凌亮陶功权温泽峰西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

轮轨高频动力分析模型目前多沿用了传统的赫兹接触模型,其在高速轮轨系统上的适用性尚未得到验证。针对赫兹接触工况,建立基于多体动力学的车轮-轨道耦合动力学和车辆动力学模型,其中轮轨法向接触由赫兹弹簧表征,作为对比也建立基于显... 详细信息

轮轨高频动力分析模型目前多沿用了传统的赫兹接触模型,其在高速轮轨系统上的适用性尚未得到验证。针对赫兹接触工况,建立基于多体动力学的车轮-轨道耦合动力学和车辆动力学模型,其中轮轨法向接触由赫兹弹簧表征,作为对比也建立基于显式有限元的三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型,采用可考虑三维接触几何的"面-面"接触算法精确求解轮轨接触。对比150~500km/h速度范围内典型钢轨短波波磨(波长20~140mm、波深0.01~0.20mm)激励下的高频轮轨力结果,发现三种模型预测的幅值存在显著差异,但未发生轮轨脱离时(波磨尚浅),三种模型预测的幅值均与波深线性正相关。具体而言,相较于瞬态滚动接触模型,车轮-轨道耦合动力学和车辆动力学模型预测的垂向轮轨力更大,其特征幅值的最大差值分别为静轮重的39.2%和88.4%,三种模型预测波长30mm波磨的临界波深(恰好发生轮轨脱离)相应地高于0.2mm、0.14mm和0.05mm。开展高速、高频轮轨动力分析时,传统的赫兹接触弹簧会带来不可忽略的计算误差。

关键词：轮轨高频动力作用显式有限元法面-面接触算法多体动力学 Hertz弹簧钢轨波磨

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非稳态纯滚动接触弹塑性分析

固体力学学报 2006年第4期27卷 355-361页

作者：温泽峰金学松西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

建立了二维弹塑性非稳态循环纯滚动接触有限元模型.材料本构采用一种较好的循环塑性模型,并通过材料用户子程序在通用有限元软件ABAQUS中自定义该本构模型.通过在弹塑性无限半空间表面上重复移动随时间按简谐规律变化的赫兹法向载荷来... 详细信息

建立了二维弹塑性非稳态循环纯滚动接触有限元模型.材料本构采用一种较好的循环塑性模型,并通过材料用户子程序在通用有限元软件ABAQUS中自定义该本构模型.通过在弹塑性无限半空间表面上重复移动随时间按简谐规律变化的赫兹法向载荷来模拟非稳态循环纯滚动接触过程.通过数值模拟,得到接触表面附近的残余累积变形、应变和残余应力.不同的最大赫兹接触压力对残余应力和残余应变影响较大.在简谐变化的法向接触载荷作用下接触表面的变形呈波浪形,随着滚动次数的增加,该波状表面沿载荷移动相反方向逐渐移动,但移动速率要衰减.波状表面波谷处的残余应力、应变和变形大于波峰处.随滚动次数的增加,残余应力增大但很快趋于稳定,残余应变也增大但增大速率衰减.

关键词：循环塑性棘轮效应非稳态纯滚动接触有限无分析

轮轨结构横向变形对轮轨滚动接触蠕滑力的影响

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机械强度 2002年第3期24卷 383-387页

作者：温泽峰金学松西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

从数值方面详细分析轮轨结构横向弹性变形对轮轨蠕滑力的影响。借助于有限元方法分析计算轮对和轨道结构横向弹性变形与横向作用力的关系 ,确定轮轨接触斑处横向单位作用力引起轮轨横向变形的影响系数。用这些影响系数修正Kalker非赫兹... 详细信息

从数值方面详细分析轮轨结构横向弹性变形对轮轨蠕滑力的影响。借助于有限元方法分析计算轮对和轨道结构横向弹性变形与横向作用力的关系 ,确定轮轨接触斑处横向单位作用力引起轮轨横向变形的影响系数。用这些影响系数修正Kalker非赫兹滚动接触理论中无限弹性半空间上单位力的影响系数 ,并分别用没有修正的和修正了的Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论分析计算轮轨滚动接触蠕滑力。从数值结果看 ,轮轨的结构变形对轮轨蠕滑力的影响是十分大的。因此 ,用现有基于弹性半空间理论的滚动接触理论分析轮轨蠕滑力。

关键词：轮轨滚动接触结构变形有限元蠕滑力

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整车无砟轨道钢轨波磨计算模型

机械工程学报 2018年第16期54卷 79-86页

作者：李霞吴磊温泽峰金学松大连交通大学交通运输工程学院西南交通大学峨眉校区机械工程系西南交通大学牵引动力国家重点实验室

概述了钢轨波磨研究现状及现有钢轨波磨计算模型。基于刚柔耦合的车辆轨道耦合动力学模型、改进的轮轨非赫兹滚动接触力学模型、钢轨材料摩擦磨损模型和磨耗叠加计算模型,建立整车-无砟轨道钢轨波磨计算模型。其中刚柔耦合的车辆轨道耦... 详细信息

概述了钢轨波磨研究现状及现有钢轨波磨计算模型。基于刚柔耦合的车辆轨道耦合动力学模型、改进的轮轨非赫兹滚动接触力学模型、钢轨材料摩擦磨损模型和磨耗叠加计算模型,建立整车-无砟轨道钢轨波磨计算模型。其中刚柔耦合的车辆轨道耦合动力学模型可以同时考虑钢轨、轨道板柔性以及钢轨周期离散支撑条件等因素;改进的三维非赫兹接触模型考虑不均匀磨损对轮轨接触的影响;材料摩擦磨损模型考虑自旋对磨耗的贡献。钢轨波磨计算模型考虑了轮轨之间的动力作用对波磨形成和发展的影响,以及波磨导致接触表面改变后其对轮轨接触及动力学的反馈作用。该模型可以模拟整车八个车轮和钢轨相互作用所形成的波磨。利用该模型再现了现场残余波磨的初期演化情况,该项研究可为钢轨波磨的减缓和治理提供理论基础和技术手段。

关键词：钢轨波磨车辆轨道耦合动力学轮轨磨损残余波磨

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铸件凝固过程中温度场的数值模拟

西南交通大学学报 2006年第1期41卷 15-19页

作者：赵鑫温泽峰金学松西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

为了掌握铸件凝固过程中温度场的变化规律以提高铸件质量,采用有限元和有限差分相结合的方法离散铸件凝固过程非稳态热传导方程的空间和时间变量,得到了关于金属铸件和铸型温度的代数方程.用二部法模拟铸件与铸模间的耦合,用迭代法求解... 详细信息

为了掌握铸件凝固过程中温度场的变化规律以提高铸件质量,采用有限元和有限差分相结合的方法离散铸件凝固过程非稳态热传导方程的空间和时间变量,得到了关于金属铸件和铸型温度的代数方程.用二部法模拟铸件与铸模间的耦合,用迭代法求解离散后的代数方程组,并利用变时间步长技术提高计算效率;用热传递系数模拟铸件与铸型间的热传递,铸件冒口及铸型与冒口接触部分节点都当作内部节点,铸型与外界的换热按热对流和热辐射2种方式处理,忽略充型对凝固过程的影响,铸件材料潜热释放采用线性模型.算例结果表明,所用方法能有效地模拟铸件凝固过程中温度场的变化规律.

关键词：铸件铸型温度场有限元法有限差分法传热