轮轨接触力学22017
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
十一 三维弹塑性滚动接触有限元建模简介 十二 轮轨接触载荷与伤损研究简介 十三 快速接触算法开发 十四 接触问题杂谈 十五 轮轨试验台简介
1) Contact is everywhere.
2) Rolling contact is used in transportation due to low resistance.
424 423 422 421 420 419
02
=00 =1.00
46
yG(mm)
锥形踏面
LM踏面
0.008 (rad.)
0.006 0.004
=0.00 =1.00
0.002
0.000
yG(mm)
0 2 4 6 8 10 12
0.008 rad
0.006 0.004
=0.00 =1.00
0.002
y (mm)
0.000
G
0 2 4 6 8 10 12
445 rL,R(mm)
-5 024
×َ¸ ض¹ جى¤و أ
أو¤ى ج¹سز¸ض
y (mm) G
6 8 10 12
锥形踏面
轮对 中心 高度
425 zG(mm)
424 423 422 421 420 419
02
=0.00 =1.00
468
yG(mm)
10 12
LM踏面
425 zG(mm)
2) Consequence?
◦ 狭小接触斑（接触斑半 长5-10 mm，约拇指 盖面积）
◦ Baidu Nhomakorabea应力及梯度 ◦ ……
3) Questions
◦ 在哪里接触？ ◦ 接触应力如何？ ◦ 总力与应力关系？ ◦ ……
轮轨接触力学主要任务
锥度 横向间隙 轮缘 经验推进
蛇行
ΔL、 ΔR与y不一致
②左右轮轨同时接触，不可脱离；③轮、轨上接触点的空间位置相 同；④接触点处，轮、轨具有公切面。
• 数学方法拟合轮轨廓形（如样条函数等），忽略纵向移动，取轮对横移量、 摇头角两个广义坐标。
• 无摇头时，是如下平面问题。
• 把轮轨抬升一些，平 移指定横移；
• 计算此时左右侧的最 小间隙；
• 若左右最小值相同， 结束计算，否则调整 侧滚角；
440 435 430 425
=0.00 =1.00 =0.00 =1.00
420
右轮
415 02468
左轮
yG(mm)
10 12
445 rL,R(mm)
440 435 430 425
=00 =1.00 =00 =1.00
420
415 0246
左轮
右轮
yG(mm)
8 10 12
锥形踏面
温泽峰，赵鑫 西南交通大学 牵引动力国家重点实验室
一 轮轨接触动力力学的研究内容与对象 二 轮轨接触几何关系和滚动接触蠕滑率 三 Hertz接触理论（法向解开创工作） 四 Carter二维滚动接触理论（切向解开创工作） 五 Vermeulen-Johnson无自旋三维滚动接触理论 六 Kalker线性蠕滑理论 七 Kalker简化理论 八 沈氏理论 九 Kalker三维弹性体非Hertz滚动接触理论 十 轮轨黏着问题研究简介
仅两个独立变量：轮对横移量、摇头角，具体如何求解？
1970年代，通过对轮轨接触几何简化，给出解析解。
过多简化，不能考虑复杂、不规则几何。
1980年代以后，随着计算机普及，数值方法开始被用于 计算任意轮轨几何型面的接触几何参数。
试凑逼近法和迹线法 轮轨接触几何约束条件为：①轮、轨刚体，表面上点不相互嵌入；
接触斑内点： h0+hE=0
侧磨
CRH2系动车使用LMa车轮廓形； CRH3系动车使用S1002CN(欧洲S1002改进型)； 机车多用JM3。
LMA
S1002CN
JM3
钢轨廓形以CHN60为主，重载有CHN75
CHN60
UIC60E1
UIC60E2
几何（刚性）接触力、应力（弹性）运行稳定性、舒 适性、轮轨磨耗和疲劳、噪声、黏着等问题及相关优化。
垂向位移Z0
侧滚角
摇头角 横移
接触角
轮对和轨道示意图
假设刚性，或零重力加速度，则在轮对和轨道几何确定时，轮轨接触 几何参数中仅有两个独立变量：轮对中心横移量、轮对摇头角：
ri ri ( y, ), i i ( y, ), i Δi ( y, ), ( y, ), Z Z ( y, ), hi ( y, )
=00
0.4
=1.00
0.2
0.0
-0.2 0246
左轮轨
右轮轨
yG (mm)
8 10 12
40 L,Rmm
32
=0.00
=1.00
24
=0.00
16
=1.00
8
0
0
2
4
6
左轮踏面
右轮踏面
yG (mm)
8
10
12
25
* mm L,R
20
=00
15
=1.00
=00
10
=1.00
5
0
接 触 角
1.2 L,R (rad.)
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2
024
=0.00 =1.00 =0.00 =1.00
左轮轨
右轮轨 y (mm) G
6 8 10 12
车轮 踏面 上接 触点 位置
40 L,R (mm)
32 24 16
=0.00 =1.00 =0.00 =1.00
• 三维问题，离散接触 面。
• 与是凑逼近法原理相同，但线确定一系列迹线，限定在迹线上寻找接触点。
南昌所磨耗后LMa廓形（镟后23万）和昌九线磨耗轨CN60 (2284)3-4R vs. R3500
侧 滚 角
滚 动 圆 半 径
r0 420 mm, t 1/ 40, l0 746 .5 mm, d0 1508 mm
轮轨接触是工业中使用的典型滚动接触副之一； 齿轮、轴承、汽车等相关文献亦可用。
1) Why and how？
◦ 2001年6月澳大利亚重载世 界记录，列车长7353m，总 重99734t，682车辆，8台 机车。
◦ 坚硬的钢—钢接触。
2) 滚动Vs滑动摩擦
◦ 滚动摩擦系数<10-4。 ◦ 滑动摩擦系数0.3-0.6。
8
0 0246
左轮踏面
右轮踏面
yG(mm)
8 10 12
钢轨 踏面 上接 触点 位置
30 *L,R(mm)
25
20
=0.00
15
=1.00
10
=0.00
=1.00
5
0
-5 0246
左钢轨踏面
右钢轨踏面 yG(mm)
8 10 12
LM踏面
1.2 L,Rrad.
1.0
=00
0.8
=1.00
0.6
1) Contact is everywhere.
2) Rolling contact is used in transportation due to low resistance.
424 423 422 421 420 419
02
=00 =1.00
46
yG(mm)
锥形踏面
LM踏面
0.008 (rad.)
0.006 0.004
=0.00 =1.00
0.002
0.000
yG(mm)
0 2 4 6 8 10 12
0.008 rad
0.006 0.004
=0.00 =1.00
0.002
y (mm)
0.000
G
0 2 4 6 8 10 12
445 rL,R(mm)
-5 024
×َ¸ ض¹ جى¤و أ
أو¤ى ج¹سز¸ض
y (mm) G
6 8 10 12
锥形踏面
轮对 中心 高度
425 zG(mm)
424 423 422 421 420 419
02
=0.00 =1.00
468
yG(mm)
10 12
LM踏面
425 zG(mm)
2) Consequence?
◦ 狭小接触斑（接触斑半 长5-10 mm，约拇指 盖面积）
◦ Baidu Nhomakorabea应力及梯度 ◦ ……
3) Questions
◦ 在哪里接触？ ◦ 接触应力如何？ ◦ 总力与应力关系？ ◦ ……
轮轨接触力学主要任务
锥度 横向间隙 轮缘 经验推进
蛇行
ΔL、 ΔR与y不一致
②左右轮轨同时接触，不可脱离；③轮、轨上接触点的空间位置相 同；④接触点处，轮、轨具有公切面。
• 数学方法拟合轮轨廓形（如样条函数等），忽略纵向移动，取轮对横移量、 摇头角两个广义坐标。
• 无摇头时，是如下平面问题。
• 把轮轨抬升一些，平 移指定横移；
• 计算此时左右侧的最 小间隙；
• 若左右最小值相同， 结束计算，否则调整 侧滚角；
440 435 430 425
=0.00 =1.00 =0.00 =1.00
420
右轮
415 02468
左轮
yG(mm)
10 12
445 rL,R(mm)
440 435 430 425
=00 =1.00 =00 =1.00
420
415 0246
左轮
右轮
yG(mm)
8 10 12
锥形踏面
温泽峰，赵鑫 西南交通大学 牵引动力国家重点实验室
一 轮轨接触动力力学的研究内容与对象 二 轮轨接触几何关系和滚动接触蠕滑率 三 Hertz接触理论（法向解开创工作） 四 Carter二维滚动接触理论（切向解开创工作） 五 Vermeulen-Johnson无自旋三维滚动接触理论 六 Kalker线性蠕滑理论 七 Kalker简化理论 八 沈氏理论 九 Kalker三维弹性体非Hertz滚动接触理论 十 轮轨黏着问题研究简介
仅两个独立变量：轮对横移量、摇头角，具体如何求解？
1970年代，通过对轮轨接触几何简化，给出解析解。
过多简化，不能考虑复杂、不规则几何。
1980年代以后，随着计算机普及，数值方法开始被用于 计算任意轮轨几何型面的接触几何参数。
试凑逼近法和迹线法 轮轨接触几何约束条件为：①轮、轨刚体，表面上点不相互嵌入；
接触斑内点： h0+hE=0
侧磨
CRH2系动车使用LMa车轮廓形； CRH3系动车使用S1002CN(欧洲S1002改进型)； 机车多用JM3。
LMA
S1002CN
JM3
钢轨廓形以CHN60为主，重载有CHN75
CHN60
UIC60E1
UIC60E2
几何（刚性）接触力、应力（弹性）运行稳定性、舒 适性、轮轨磨耗和疲劳、噪声、黏着等问题及相关优化。
垂向位移Z0
侧滚角
摇头角 横移
接触角
轮对和轨道示意图
假设刚性，或零重力加速度，则在轮对和轨道几何确定时，轮轨接触 几何参数中仅有两个独立变量：轮对中心横移量、轮对摇头角：
ri ri ( y, ), i i ( y, ), i Δi ( y, ), ( y, ), Z Z ( y, ), hi ( y, )
=00
0.4
=1.00
0.2
0.0
-0.2 0246
左轮轨
右轮轨
yG (mm)
8 10 12
40 L,Rmm
32
=0.00
=1.00
24
=0.00
16
=1.00
8
0
0
2
4
6
左轮踏面
右轮踏面
yG (mm)
8
10
12
25
* mm L,R
20
=00
15
=1.00
=00
10
=1.00
5
0
接 触 角
1.2 L,R (rad.)
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2
024
=0.00 =1.00 =0.00 =1.00
左轮轨
右轮轨 y (mm) G
6 8 10 12
车轮 踏面 上接 触点 位置
40 L,R (mm)
32 24 16
=0.00 =1.00 =0.00 =1.00
• 三维问题，离散接触 面。
• 与是凑逼近法原理相同，但线确定一系列迹线，限定在迹线上寻找接触点。
南昌所磨耗后LMa廓形（镟后23万）和昌九线磨耗轨CN60 (2284)3-4R vs. R3500
侧 滚 角
滚 动 圆 半 径
r0 420 mm, t 1/ 40, l0 746 .5 mm, d0 1508 mm
轮轨接触是工业中使用的典型滚动接触副之一； 齿轮、轴承、汽车等相关文献亦可用。
1) Why and how？
◦ 2001年6月澳大利亚重载世 界记录，列车长7353m，总 重99734t，682车辆，8台 机车。
◦ 坚硬的钢—钢接触。
2) 滚动Vs滑动摩擦
◦ 滚动摩擦系数<10-4。 ◦ 滑动摩擦系数0.3-0.6。
8
0 0246
左轮踏面
右轮踏面
yG(mm)
8 10 12
钢轨 踏面 上接 触点 位置
30 *L,R(mm)
25
20
=0.00
15
=1.00
10
=0.00
=1.00
5
0
-5 0246
左钢轨踏面
右钢轨踏面 yG(mm)
8 10 12
LM踏面
1.2 L,Rrad.
1.0
=00
0.8
=1.00
0.6