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Influence of railway wheel tread damage on wheel-rail impact loads and the durability of wheelsets
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作者 Michele Maglio Tore Vernersson +2 位作者 Jens C.O.Nielsen Anders Ekberg Elena Kabo 《Railway Engineering Science》 EI 2024年第1期20-35,共16页
Dynamic wheel-rail contact forces induced by a severe form of wheel tread damage have been measured by a wheel impact load detector during full-scale field tests at different vehicle speeds.Based on laser scanning,the... Dynamic wheel-rail contact forces induced by a severe form of wheel tread damage have been measured by a wheel impact load detector during full-scale field tests at different vehicle speeds.Based on laser scanning,the measured three-dimensional damage geometry is employed in simulations of dynamic vehicle-track interaction to calibrate and verify a simulation model.The relation between the magnitude of the impact load and various operational parameters,such as vehicle speed,lateral position of wheel-rail contact,track stiffness and position of impact within a sleeper bay,is investigated.The calibrated model is later employed in simulations featuring other forms of tread damage;their effects on impact load and subsequent fatigue impact on bearings,wheel webs and subsurface initiated rolling contact fatigue of the wheel tread are assessed.The results quantify the effects of wheel tread defects and are valuable in a shift towards condition-based maintenance of running gear,and for general assessment of the severity of different types of railway wheel tread damage. 展开更多
关键词 Wheel tread damage rolling contact fatigue cluster Field measurements Dynamic vehicle-track interaction wheel-rail impact load Wheelset durability
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WRRB轮轨滚动行为模拟试验台轮轨高频动态模拟特性初探
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作者 罗易飞 赵鑫 +2 位作者 温泽峰 黄双超 周志军 《铁道学报》 北大核心 2025年第1期54-62,共9页
为研究WRRB轮轨滚动行为模拟试验台的高频动态模拟特性,利用Ansys/LS-DYNA建立试验轮轨和我国服役轮轨的瞬态滚动接触有限元模型。模型充分考虑轨下离散支承和系统结构高频振动,集成基于罚函数的“面-面接触算法”、轨面不平顺模型、T... 为研究WRRB轮轨滚动行为模拟试验台的高频动态模拟特性,利用Ansys/LS-DYNA建立试验轮轨和我国服役轮轨的瞬态滚动接触有限元模型。模型充分考虑轨下离散支承和系统结构高频振动,集成基于罚函数的“面-面接触算法”、轨面不平顺模型、Tγ磨耗模型。对比二者在平顺条件和典型高频激励(轨面单个凹坑和波磨)下的轮轨力、接触应力、钢轨磨耗深度,结果表明,试验轮轨在比例载荷作用下能定量模拟服役轮轨的滚动接触行为,但由于轮轨截面几何、悬挂结构、驱动方式等因素的影响,二者存在以下差异:试验轮轨在零横移时也具有约0.12倍静轮重的横向力,法向接触应力偏低,切向接触应力和钢轨磨耗量偏高;轨面短波不平顺激励下的动态轮轨力偏低,车轮滚出凹坑后轮轨力衰减得更快,波磨引起的轮轨“拍”振不明显,但钢轨磨耗深度平均值和峰-谷值均偏高,有利于实物试验时加速轨面不平顺演变。利用该试验台模拟直线或大半径曲线运行工况时应注意以上差异,并考虑加装车轮悬挂与侧滚装置。 展开更多
关键词 缩尺车轮-环轨 有限元法 短波不平顺 瞬态滚动接触 相似性
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扣件刚度非线性对波磨区轮轨瞬态滚动接触行为的影响
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作者 徐井芒 梁新缘 +2 位作者 王凯 赵思琪 王平 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期247-255,共9页
WJ-8型扣件橡胶垫板刚度在长期服役过程中表现出非线性特征,静刚度随荷载增加而降低,为提高三维瞬态滚动接触有限元模型计算精确性,本文以LMA踏面车轮及CHN60型钢轨为基础,基于显式积分算法,将以往研究中线弹性扣件转化为非线性扣件,建... WJ-8型扣件橡胶垫板刚度在长期服役过程中表现出非线性特征,静刚度随荷载增加而降低,为提高三维瞬态滚动接触有限元模型计算精确性,本文以LMA踏面车轮及CHN60型钢轨为基础,基于显式积分算法,将以往研究中线弹性扣件转化为非线性扣件,建立考虑扣件刚度非线性特征的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,研究刚度非线性对车轮与钢轨波磨间高频动态响应及瞬态接触行为的影响,并重点分析了波磨工况下时频域内轮轨接触力、轴箱加速度的变化信息.结果表明:扣件非线性对轮轨接触力变化影响明显,主要表现为车轮行驶至扣件前端时强振动导致橡胶垫板表现为柔软特性使轮轨接触力减小,车轮行驶至扣件上方时在轴重作用下振动减弱表现为刚硬特性使轮轨接触力增大,轮轨力变化差异最大达到13.1%. 展开更多
关键词 刚度非线性 瞬态滚动接触 波磨 显式有限元法
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变摩擦条件下高速钢轨焊缝处轮轨滚动接触-冲击行为研究
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作者 杨健 徐井芒 +3 位作者 王凯 刘晨 何傲男 王平 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期111-120,共10页
采用变摩擦系数能够较为准确地刻画轮轨滚动接触行为。为研究变摩擦系数对钢轨焊缝处轮轨滚动接触行为的影响,建立三种不同钢轨焊缝工况的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,通过对比库伦型摩擦系数的结果,计算分析变摩擦系数对轮轨力、... 采用变摩擦系数能够较为准确地刻画轮轨滚动接触行为。为研究变摩擦系数对钢轨焊缝处轮轨滚动接触行为的影响,建立三种不同钢轨焊缝工况的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,通过对比库伦型摩擦系数的结果,计算分析变摩擦系数对轮轨力、接触斑内的微滑以及黏滑分布等接触行为的影响。结果表明:变摩擦系数接触斑内的滑动区域占比会更大且在滑动区域会引起黏滑振荡现象,当轮轨界面滑动现象越明显时,黏滑振荡越剧烈;变摩擦系数对法向接触解的影响不大,切向接触解会因接触状态的改变显著受到影响,造成凸形1焊缝的不均匀磨耗;变摩擦系数会影响von Mises应力分布,其最大von Mises应力发生的位置会向轨底移动,对伤损出现的位置产生影响。 展开更多
关键词 变摩擦系数 钢轨焊缝 三维瞬态滚动接触 显式有限元 轮轨滚动接触解
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钢弹簧浮置板轨道垂向动态特性及对轮轨力的影响研究
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作者 周圣禄 李伟 +2 位作者 周志军 温泽峰 钟文生 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第16期67-76,共10页
钢弹簧浮置板(steel spring floating slab, SSFS)作为一种高等减振轨道广泛铺设于我国地铁线路中,在服役过程中,该轨道在部分线路中出现了钢轨波磨问题,而轮轨动态行为对波磨形成具有较大的影响。为研究该轨道垂向动态特性及其对轮轨... 钢弹簧浮置板(steel spring floating slab, SSFS)作为一种高等减振轨道广泛铺设于我国地铁线路中,在服役过程中,该轨道在部分线路中出现了钢轨波磨问题,而轮轨动态行为对波磨形成具有较大的影响。为研究该轨道垂向动态特性及其对轮轨瞬态力的影响,建立SSFS轨道的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,分析在有、无车辆加载下轨道垂向位移导纳特性,模拟钢轨宽频不平顺激扰下轮轨垂向瞬态接触力的响应。结果表明:(1)无车辆加载作用下,SSFS轨道在100 Hz以下(22 Hz、43 Hz、68 Hz等)振动模态表现为钢轨和浮置板共同垂向弯曲,在100~1 400 Hz中高频段表现为钢轨相对浮置板弯曲;(2)车辆加载后,轨道导纳出现59 Hz的P2共振,及64 Hz和72 Hz的轨道整体弯曲振动峰值;(3)柔性轮轨耦合后轨道导纳受到轮对作用影响在364 Hz、489 Hz、623 Hz处出现新峰值,其中,364 Hz、489 Hz为车轮振动模态引起,623 Hz为双轮对干涉引起的钢轨弯曲模态;(4)车辆瞬态通过含60~220 mm波长钢轨不平顺的轨道时,轮轨瞬态垂向接触力在约70 Hz响应最显著,这是由轨道的整体弯曲振动模态被激发引起,该振动是SSFS轨道出现160~200 mm波长波磨的原因。 展开更多
关键词 地铁 钢弹簧浮置板(SSFS) 轮轨瞬态滚动接触 位移导纳 有限元法
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缩尺车轮-环轨滚动接触与磨耗特性仿真分析
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作者 罗易飞 胡彬 +1 位作者 赵鑫 温泽峰 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1275-1284,共10页
为了研究缩尺车轮-环轨滚动接触与磨耗特性,基于轮轨滚动行为(WRRB)模拟试验台参数,利用ANSYS/LS-DYNA建立瞬态滚动接触有限元模型,集成弹性蠕滑率求解程序和Tγ磨耗模型,通过试验验证模型的正确性.重点分析轮轨力、蠕滑率、接触应力和... 为了研究缩尺车轮-环轨滚动接触与磨耗特性,基于轮轨滚动行为(WRRB)模拟试验台参数,利用ANSYS/LS-DYNA建立瞬态滚动接触有限元模型,集成弹性蠕滑率求解程序和Tγ磨耗模型,通过试验验证模型的正确性.重点分析轮轨力、蠕滑率、接触应力和钢轨磨耗深度,并考虑车轮驱动扭矩和速度的影响规律.结果表明:缩尺车轮-环轨结构的高频弹性振动造成轮轨垂向力波动;在比例载荷作用下,纵向动力学行为和钢轨磨耗深度变化趋势与服役轮轨一致;由于环轨的极小曲线半径,自由滚动工况下的横向蠕滑力/率、自旋蠕滑率、钢轨磨耗深度偏大,切向接触应力峰值出现在接触斑后沿两侧;车轮驱动扭矩和速度的影响规律可拟合为一组经验公式.研究可以为此类试验台的设计与应用工作提供理论依据. 展开更多
关键词 缩尺车轮-环轨 显式有限元法 瞬态滚动接触 蠕滑 磨耗
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摩擦系数对高速列车车轮瞬时滚动接触疲劳的影响 被引量:13
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作者 肖乾 方骏 王磊 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期68-74,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 滚动接触疲劳 瞬时接触 摩擦系数 车轮伤损 安定图 损伤函数 高速列车
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轮轨振动行为下高速轮轨滚动接触瞬态特性分析 被引量:6
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作者 肖乾 昌超 +1 位作者 王立乾 王磊 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期63-69,共7页
以CRH2型高速列车头车为研究对象,在轮轨滚动振动接触简化模型的基础上,采用多体动力学软件UM建立高速列车多体动力学数值模型,求解轮轨振动行为下的接触参数并作为有限元分析的输入;采用有限元方法建立高速轮轨滚动接触瞬态有限元模型... 以CRH2型高速列车头车为研究对象,在轮轨滚动振动接触简化模型的基础上,采用多体动力学软件UM建立高速列车多体动力学数值模型,求解轮轨振动行为下的接触参数并作为有限元分析的输入;采用有限元方法建立高速轮轨滚动接触瞬态有限元模型,对轮轨振动行为下的高速轮轨滚动接触瞬态特性进行分析。结果表明:轮轨的垂向振动明显,轮轨垂向力呈周期性变化,且周期约为0.1s,振动频率约为10 Hz,轮轨垂向力最大为115 751.8N、最小为688.4N,分别为轮轨静载荷的1.938倍和0.012倍;轮对横移的振动频率约为1.05Hz,振幅为5.26mm;轮对横移量在0.5s时最大,为0.2s时的7.17倍,但纵、横向蠕滑力在0.2s时的大于0.5s时的;不同时刻轮轨间纵、横向蠕滑力的均值分别为13 542.11和1 239.07N;在一定范围内,纵、横向蠕滑力与轮轨垂向力、轮对冲角以及接触斑面积呈正相关。 展开更多
关键词 轮轨振动 轮轨滚动接触 高速列车 瞬态有限元分析
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波磨激励下的地铁钢轨滚动接触疲劳裂纹瞬态扩展行为 被引量:2
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作者 沈正行 赵鑫 +2 位作者 王平 刘顺稳 温泽峰 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4552-4561,共10页
针对地铁曲线段钢轨波磨与滚动接触疲劳损伤共存现象,在ANSYS/LS-DYNA软件中建立了采用显式时间积分的瞬态有限元模型,分析钢轨短波波磨对其上滚动接触疲劳裂纹瞬态扩展行为的影响。以我国某地铁R450 m圆曲线段低轨损伤为例,考虑21条长... 针对地铁曲线段钢轨波磨与滚动接触疲劳损伤共存现象,在ANSYS/LS-DYNA软件中建立了采用显式时间积分的瞬态有限元模型,分析钢轨短波波磨对其上滚动接触疲劳裂纹瞬态扩展行为的影响。以我国某地铁R450 m圆曲线段低轨损伤为例,考虑21条长度15 mm、深度3 mm、倾角30°且等间距分布的半椭圆形裂纹,波长30 mm、波深范围为0.03~0.09 mm的典型短波波磨,分析在速度67.6 km/h、摩擦因数0.5和牵引系数0.1等条件下,导向轮对通过时低轨侧瞬态滚动接触行为和裂纹群瞬态扩展行为。结果表明:裂纹群对轮轨接触产生持续周期性激励,且造成法、切向动态轮轨力波动幅值远低于典型短波波磨;处于波磨激励下动态加载时段内的裂纹,其最大裂尖动态应力强度因子较无波磨工况更大,而在减载时段内则相对更小,整个裂纹群的动态应力强度因子结果呈现出与波磨几何相对应的周期性波动;当波深增加时,最大裂尖动态应力强度因子也相应增大。在波长30 mm、波深0.09 mm的波磨激励下,裂纹群内的等效动态应力强度因子最大值较无波磨工况增加了34.4%,采用文献中报道的裂纹稳态扩展速率Paris公式发现,对应裂纹扩展速率增加了179.3%。这意味着波磨会显著加速钢轨滚动接触疲劳裂纹的扩展速率,增加断轨风险,现场必须对波磨区段内的钢轨滚动接触疲劳裂纹给予高度重视。 展开更多
关键词 地铁波磨 滚动接触疲劳 瞬态接触载荷 动态应力强度因子 裂纹扩展速率
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高速铁路钢轨波磨对轮轨系统振动响应的影响分析 被引量:2
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作者 贾昕昱 黎国清 刘秀波 《铁道建筑》 北大核心 2020年第12期109-112,共4页
通过建立轮轨瞬态滚动接触有限元模型,计算不同车速和不同轮轨摩擦因数下车辆通过波磨区段时的轮轨作用力,并分析其对轮轨系统振动响应的影响。结果表明:车辆通过钢轨波磨区段时,轮轨作用力的波长与波磨的波长基本一致。当车速在200~350... 通过建立轮轨瞬态滚动接触有限元模型,计算不同车速和不同轮轨摩擦因数下车辆通过波磨区段时的轮轨作用力,并分析其对轮轨系统振动响应的影响。结果表明:车辆通过钢轨波磨区段时,轮轨作用力的波长与波磨的波长基本一致。当车速在200~350 km/h时,随着速度的提升,轮轨作用力增大,在扣件处产生的振动能量也随之增加;当摩擦因数在0.3~0.5时,随着摩擦因数的增加,轮轨纵向力增大。波磨波峰处的轮轨纵向力大于波磨波谷处,因此波磨不会无限制地发展而是逐渐趋于稳定。摩擦因数的改变对轮轨垂向力的影响很小,可以忽略。 展开更多
关键词 高速铁路 钢轨波磨 数值模拟 瞬态滚动接触模型 轮轨作用力 车速 轮轨摩擦因数
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