重载铁路轮轨塑性匹配有限元分析
发布时间：2022-02-26 17:32
随着货车轴重的提高,在提升运载能力的同时,也使得重载铁路的损伤进一步加剧。良好的轮轨材料性能匹配对于延长钢轨和车轮的服役寿命至关重要。已有轮轨材料匹配研究主要从硬度的角度来优化钢轨的磨损性能,而对于轮轨塑性匹配的相关研究却少见报道。由于新一代高强钢轨的研发及应用,重载铁路钢轨的接触磨损得到有效抑制,但由于滚动接触疲劳诱发的伤损问题却日益突出。因此,本文对现役的四种钢轨材料的棘轮行为进行了实验对比研究,进而建立能够合理描述四种钢轨材料的循环塑性本构模型,编写ABAQUS用户材料子程序,通过重载轮轨滚动接触三维有限元分析,提出轮轨塑性匹配的最佳方案,研究结果对重载钢轨延寿具有重要意义。本文的主要工作总结如下:（1）为了对比研究四种现役钢轨材料热轧U71Mn、热处理U71Mn、热轧U75V和热处理U78Cr V的循环塑性行为,进行了初始循环周次棘轮应变相近及相同峰值应力下的非对称应力控制循环实验,结果表明:当初始棘轮应变相近时,棘轮应变的后续演化并不完全依赖于材料基本的屈服强度和抗拉强度,热处理钢轨材料棘轮应变率无论是初始值还是稳定值都高于热轧钢轨材料;从棘轮演化趋势上来看,四种钢轨的棘轮演...
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究意义
1.2 研究现状
1.2.1 重载铁路损伤现状
1.2.2 轮轨匹配研究现状
1.2.3 已有研究不足
1.3 本文主要工作
第2章 不同钢轨材料棘轮行为实验研究
2.1 实验材料和设备
2.2 实验工况
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 单调拉伸应力-应变曲线
2.3.2 循环应力-应变曲线
2.3.3 棘轮应变演化曲线
2.3.4 棘轮应变率演化曲线
2.3.5 耗散能密度演化曲线
2.4 本章小结
第3章 不同钢轨材料棘轮行为本构模拟
3.1 循环塑性本构模型
3.1.1 应变分解及流动方程
3.1.2 屈服条件
3.1.3 各向同性硬化律
3.1.4 随动硬化律
3.2 材料参数确定
3.2.1 确定方法
3.2.2 材料参数
3.3 模拟结果分析
3.3.1 单调拉伸曲线
3.3.2 循环应力-应变曲线
3.3.3 棘轮应变演化曲线
3.4 本章小结
第4章 重载轮轨三维接触有限元分析
4.1 轮轨接触有限元模型
4.1.1 轮轨几何尺寸
4.1.2 有限元网格
4.1.3 Hertz接触验证
4.2 边界载荷和工况条件
4.2.1 边界载荷条件
4.2.2 工况条件
4.3 材料模型和参数
4.3.1 材料模型
4.3.2 轮轨材料参数
4.4 有限元结果分析
4.4.1 应力场分析
4.4.2 塑性应变场分析
4.4.3 棘轮应变分析
4.5 本章小结
第5章 重载轮轨匹配分析
5.1 塑性匹配指标定义
5.2 结果分析
5.3 本章小节
结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]重载铁路钢轨大修换轨周期研究[J]. 张文生. 设备管理与维修. 2019(04)
[2]大秦线重载铁路货车轮轨、轮瓦运动形态及车轮磨耗规律研究[J]. 孔维刚,李立东,段仕会. 铁道车辆. 2019(02)
[3]在变化的世界中推进重载铁路技术和运营（待续）——第11届国际重载运输大会综述[J]. 田葆栓. 国外铁道车辆. 2019(01)
[4]大秦重载铁路75kg/m钢轨伤损特点及规律[J]. 田常海. 铁道工程学报. 2019(01)
[5]重载铁路75 kg/m钢轨的换轨周期研究[J]. 田常海. 铁道标准设计. 2019(08)
[6]改革开放40年中国重载铁路的发展[J]. 刘建新,蔡久凤. 长安大学学报(社会科学版). 2018(06)
[7]30t轴重重载铁路钢轨轨型和材质对比试验[J]. 张银花,李闯,俞喆,李伟,张生玉,干锋. 中国铁道科学. 2018(02)
[8]高速铁路CHN60N钢轨与不同车轮踏面匹配性能研究[J]. 王健,马晓川,陈嘉胤,徐井芒,王平. 铁道学报. 2017(12)
[9]高速铁路轮轨型面匹配对车辆动力学性能的影响[J]. 孙丽霞. 中国铁道科学. 2017(06)
[10]高速铁路轮轨匹配存在问题及对策[J]. 周清跃,刘丰收,张银花,田常海,俞喆,张金. 中国铁道科学. 2017(05)
博士论文
[1]动车组车轮疲劳性能数值仿真和评定方法研究[D]. 张澎湃.中国铁道科学研究院 2014
[2]轮轨滚动接触弹塑性分析及疲劳损伤研究[D]. 肖乾.中国铁道科学研究院 2012
[3]重载铁路集疏运系统协同相关问题研究[D]. 叶峻青.中南大学 2012
硕士论文
[1]轮轨钢材料棘轮—疲劳交互作用实验和理论模型研究[D]. 方涛.西南交通大学 2017
[2]四种车轮材料与U75V钢轨匹配时的磨损与损伤行为研究[D]. 陈水友.西南交通大学 2016
[3]U71Mn钢轨与车轮材料匹配试验研究[D]. 张向龙.西南交通大学 2011
本文编号：3644868
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究意义
1.2 研究现状
1.2.1 重载铁路损伤现状
1.2.2 轮轨匹配研究现状
1.2.3 已有研究不足
1.3 本文主要工作
第2章 不同钢轨材料棘轮行为实验研究
2.1 实验材料和设备
2.2 实验工况
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 单调拉伸应力-应变曲线
2.3.2 循环应力-应变曲线
2.3.3 棘轮应变演化曲线
2.3.4 棘轮应变率演化曲线
2.3.5 耗散能密度演化曲线
2.4 本章小结
第3章 不同钢轨材料棘轮行为本构模拟
3.1 循环塑性本构模型
3.1.1 应变分解及流动方程
3.1.2 屈服条件
3.1.3 各向同性硬化律
3.1.4 随动硬化律
3.2 材料参数确定
3.2.1 确定方法
3.2.2 材料参数
3.3 模拟结果分析
3.3.1 单调拉伸曲线
3.3.2 循环应力-应变曲线
3.3.3 棘轮应变演化曲线
3.4 本章小结
第4章 重载轮轨三维接触有限元分析
4.1 轮轨接触有限元模型
4.1.1 轮轨几何尺寸
4.1.2 有限元网格
4.1.3 Hertz接触验证
4.2 边界载荷和工况条件
4.2.1 边界载荷条件
4.2.2 工况条件
4.3 材料模型和参数
4.3.1 材料模型
4.3.2 轮轨材料参数
4.4 有限元结果分析
4.4.1 应力场分析
4.4.2 塑性应变场分析
4.4.3 棘轮应变分析
4.5 本章小结
第5章 重载轮轨匹配分析
5.1 塑性匹配指标定义
5.2 结果分析
5.3 本章小节
结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]重载铁路钢轨大修换轨周期研究[J]. 张文生. 设备管理与维修. 2019(04)
[2]大秦线重载铁路货车轮轨、轮瓦运动形态及车轮磨耗规律研究[J]. 孔维刚,李立东,段仕会. 铁道车辆. 2019(02)
[3]在变化的世界中推进重载铁路技术和运营（待续）——第11届国际重载运输大会综述[J]. 田葆栓. 国外铁道车辆. 2019(01)
[4]大秦重载铁路75kg/m钢轨伤损特点及规律[J]. 田常海. 铁道工程学报. 2019(01)
[5]重载铁路75 kg/m钢轨的换轨周期研究[J]. 田常海. 铁道标准设计. 2019(08)
[6]改革开放40年中国重载铁路的发展[J]. 刘建新,蔡久凤. 长安大学学报(社会科学版). 2018(06)
[7]30t轴重重载铁路钢轨轨型和材质对比试验[J]. 张银花,李闯,俞喆,李伟,张生玉,干锋. 中国铁道科学. 2018(02)
[8]高速铁路CHN60N钢轨与不同车轮踏面匹配性能研究[J]. 王健,马晓川,陈嘉胤,徐井芒,王平. 铁道学报. 2017(12)
[9]高速铁路轮轨型面匹配对车辆动力学性能的影响[J]. 孙丽霞. 中国铁道科学. 2017(06)
[10]高速铁路轮轨匹配存在问题及对策[J]. 周清跃,刘丰收,张银花,田常海,俞喆,张金. 中国铁道科学. 2017(05)
博士论文
[1]动车组车轮疲劳性能数值仿真和评定方法研究[D]. 张澎湃.中国铁道科学研究院 2014
[2]轮轨滚动接触弹塑性分析及疲劳损伤研究[D]. 肖乾.中国铁道科学研究院 2012
[3]重载铁路集疏运系统协同相关问题研究[D]. 叶峻青.中南大学 2012
硕士论文
[1]轮轨钢材料棘轮—疲劳交互作用实验和理论模型研究[D]. 方涛.西南交通大学 2017
[2]四种车轮材料与U75V钢轨匹配时的磨损与损伤行为研究[D]. 陈水友.西南交通大学 2016
[3]U71Mn钢轨与车轮材料匹配试验研究[D]. 张向龙.西南交通大学 2011
本文编号：3644868
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