轮轨共形接触的有限元分析.pdf

第29卷第3期大连交通大学学报Vol.29No.3
2008年6月JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITYJun.2008

文章编号:167329590(2008)0320009205

轮轨共形接触的有限元分析

竺春海1,张军2,尹芳臣2
(1.哈尔滨铁路局三棵树车辆段,内蒙古海拉尔150056;2.大连交通大学交通运输工程学院,辽宁
3
大连116028)

摘要:建立了机车在曲线通过时,车轮轮缘贴靠钢轨过程的轮轨共形接触计算模型,采用有限元参数
二次规划法求解轮轨接触问题,得出了不同接触位置、不同载荷工况下的轮轨接触力,详细分析了轮缘
贴靠钢轨过程中接触力的变化规律,为解决轮轨磨耗问题提供了理论依据.
关键词:曲线通过;有限元;二次规划法;轮轨接触;接触力
中图分类号:U270.12文献标识码:A

FiniteElementAnalysisoftheConformalContactProblemofWheel/Rail
ZHUChun2hai1,ZHANGJun2,YINFang2chen2
(1.SanKeshuVehicleDepotofHaerbinRailwayBureau,NeiMenggu150056,China;2.SchoolofTransporta2
tionEngineering,DalianJiaotongUniversity,Dalian116028,China)

Abstract:Acomputationalmodelforwheel2railconformalcontactwasestablishedonthecondi2
tionthatthewheelflangeisclosetorailwhenthevehicleisgoingthroughacurve.Throughu2
singthemethodoffiniteelementparametricquadraticprogramming,thewheel2railcontactforce
wascoustructedindifferentcontactareaandworkingperformanceswithvariousloads.Thelaws
ofthechangingcontactforcewereanalysisedthroughtheperiodwhenthewheelflangeisget2
tingclosetotherail.Thisprovidedatheoreticalbasisofsolvingtheproblemofthewearbe2
tweenthewheelandtherail.
Keywords:curvepassing;FEM;parametricquadraticprogramming;wheel2railcontact;contact
force

随着客运列车运行速度的日益提高以及货运列车牵引重量的不断增加,轮轨系统的工况日趋复杂,
轮轨磨耗问题日趋严重,每年都给铁路运输业造成巨大的经济损失.轮轨疲劳磨损问题主要表现为在车
轮轮缘踏面和钢轨顶面内侧处的鱼鳞状裂纹、大面积剥离、塌陷、密集型斑脱及钢轨的波浪形磨损、侧磨
等,曲线路段尤为严重.轮轨关系是机车车辆、轨道系统中最基本、最复杂的一个问题,属于三维滚动摩
擦接触问题.以Kalker为代表的国内外专家学者为轮轨滚动接触理论的发展做出了巨大的贡献[1],但
他们的理论至今未突破Hertz接触条件和弹性半空间假设,无法对复杂的轮轨作用问题作进一步的研究.
随着计算机性能的飞速发展,有限元技术正以其蓬勃的生命力成为众多学科的重要研究手段,一些
研究人员已经开始使用有限元技术分析轮轨接触问题[223],但到目前为止,仅对一些简单的轮轨接触问
题进行了分析.如仅进行了弹性接触计算或仅分析了法向力分布及变化规律.大量的工程应用已充分证

3收稿日期:2008201216
基金项目:国家自然科学基金(50605003),中国博士后科学基金、大连市科学技术基金资助项目
作者简介:竺春海(1970-),男,工程师,主要从事车辆结构与性能方向研究
E2mail:[e-mail]1

©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net
10大连交通大学学报第29卷

明有限元参数二次规划法是解决空间接触问题的一种先进的、行之有效的方法[4].本文采用基于参变
量变分原理的有限元参数二次规划法,并结合多重子结构技术分析求解轮轨三维接触问题,按照轮轨实
际几何关系建立了在曲线通过