轮轨热接触耦合效应的有限元分析.pdf

第11卷第1期交通运输工程学报Vol11No1
2011年2月JournalofTrafficandTransportationEngineeringFeb.2011

文章编号:16711637(2011)01002506
轮轨热接触耦合效应的有限元分析
孙传喜1,张军1,王春艳1,2
(1大连交通大学交通运输工程学院,辽宁大连116028;
2西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031)

摘要:针对制动热应力问题,运用有限元直接耦合法,对车轮热接触工况进行了模拟,采用耦合方
程同时求解温度场和位移场,研究了纯机械载荷工况和热接触耦合工况下轮轨应力分布与变化规
律,分析了车轮及钢轨表层材料和次表层材料的变形、温度与应力之间的关系。分析结果表明:由
于热应力的影响,车轮表面以下0~1mm的表层区域等效应力最大值增大了18%,且车轮等效应
力较大区域由表面以下1~4mm处的次表层区域变动至车轮表面以下0~3mm处。
关键词:铁道工程;轮轨接触;热应力;有限元法;热接触耦合
中图分类号:U211.5文献标志码:A

Finiteelementanalysisofwheel/railthermocontactcouplingeffect

SUNChuanxi1,ZHANGJun1,WANGChunyan1
(1.SchoolofTrafficandTransportation,DalianJiaotongUniversity,Dalian116028,Liaoning,China;
2.TractionPowerStateKeyLaboratory,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,Sichuan,China)

Abstract:Aimingatthethermalstresscausedbybrake,athermocontactcouplingcalculation
methodwasusedtosimulatetheprocessofwheel/railthermalcontactbasedonfiniteelement
method.Thetemperaturefieldanddisplacementfieldweresynchronouslysolvedbyusing
couplingequations.Thedistributingandvaryingrulesofthestressesforwheelandrailwere
studiedunderpuremechanicalloadconditionandthermocontactcouplingcondition.Therelation
amongthedisplacements,temperaturesandstressesofwheelsandrailssurfacesandsecond
surfaceswereanalyzed.Analysisresultshowsthataffectedbythethermalstress,themaximum
equivalentstressofwheelssurfacerisesby18%,andtheareawithhighstressvariesfrom
14mmto03mmbelowthesurface.1tab,10figs,11refs.
Keywords:railwayengineering;wheel/railcontact;thermalstress;finiteelementmethod;
thermocontactcoupling
Authorresumes:SUNChuanxi(1980),male,lecturer,doctoralstudent,[phone],scx@
djtu.edu.cn;ZHANGJun(1972),male,professor,PhD,[phone],[e-mail].

来越高。车轮作为列车的重要行走部件,不仅要承
0引言
受轮轨之间的垂向载荷、横向载荷以及摩擦力,还要
随着铁路运输提速与重载战略的不断推进,列承受踏面制动产生的热负荷。踏面制动时会在车轮
车运行安全备受关注,对运载工具可靠性的要求越的表面及内部产生热应力和热裂纹[1]。通过理化检

收稿日期:20101201
基金项目:国家自然科学基金项目(50605003);铁道部科技研究开发计划项目(2009J001A);牵引动力国家重点实验室自由探索自主研究
课题(2009TPL_T03)
作者简介:孙传喜(198