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轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型

吴磊 温泽峰 金学松

吴磊, 温泽峰, 金学松. 轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型[J]. 交通运输工程学报, 2007, 7(6): 21-27.
引用本文: 吴磊, 温泽峰, 金学松. 轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型[J]. 交通运输工程学报, 2007, 7(6): 21-27.
WU Lei, WEN Ze-feng, JIN Xue-song. Elastic finite element analysis model of coupling friction heat for wheel/rail[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2007, 7(6): 21-27.
Citation: WU Lei, WEN Ze-feng, JIN Xue-song. Elastic finite element analysis model of coupling friction heat for wheel/rail[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2007, 7(6): 21-27.

轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型

基金项目: 

国家973计划项目 2007CB714702

国家自然科学基金项目 50521503

西南交通大学基础科学研究基金项目 2006B04

详细信息
    作者简介:

    吴磊(1981-), 男, 贵州毕节人, 西南交通大学工学博士研究生, 从事轮轨接触热响应研究

    金学松(1956-), 男, 江苏扬州人, 西南交通大学教授, 工学博士

  • 中图分类号: U211.5

Elastic finite element analysis model of coupling friction heat for wheel/rail

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  • 摘要: 基于伽辽金变分原理, 利用有限元方法, 建立了轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型, 分析了轮轨摩擦热与钢轨接触区热膨胀位移、摩擦温度、应变和应力的关系。模型中温度场和位移场由耦合方程同时求解, 但没有考虑惯性项和材料阻尼的影响。分析结果表明: 耦合求解的温度场和位移场与非耦合求解的温度场和位移场的计算结果一致, 钢轨表面各点滑动位移的方向与车轮滑动方向一致, 垂向位移方向先负后正; 钢轨表面各节点进入接触区后, 温度快速上升, 但高温持续时间短; 在滑动方向上, 钢轨接触点先受压应变后受拉应变作用, 垂向受拉应变作用, 滑动方向压应力明显高于垂向压应力, 钢轨接触斑前后节点滑动方向应变符号相反; 垂向高正应变区主要集中分布在接触斑后半轴上, 最大剪应变与剪应力区在接触表层以下。

     

  • 图  1  钢轨有限元模型

    Figure  1.  Finite element model of rail

    图  2  耦合和非耦合计算中位移与温度曲线

    Figure  2.  Curves of displacements and temperatures in coupling and uncoupling computations

    图  3  垂向不同深度位移与温度曲线

    Figure  3.  Curves of displacements and temperatures at different vertical depthes

    图  4  垂向不同深度应变曲线

    Figure  4.  Curves of strains at different vertical depthes

    图  5  垂向不同深度应力曲线

    Figure  5.  Curves of stresses at different vertical depthes

    图  6  应变场分布规律

    Figure  6.  Distribution rules of strain fields

    图  7  应力场分布规律

    Figure  7.  Distribution rules of stress fields

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出版历程
  • 收稿日期:  2007-05-05
  • 刊出日期:  2007-12-25

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