矫直计算中钢轨截面简化的有限元分析
重轨压力矫直过程中残余应力的有限元模拟
前言 。 钢轨是保证铁路正常运营和安全的 重要构件 ，而残余应力对钢轨的使用性能有重 要 的影 响， 如果在钢轨 内存在过大的残余应力 ， 则将会 引发 和促进钢轨疲劳和断裂 ，对铁路行 车安全构成 了很大 的潜在威胁 。而钢轨在经过 轧制 、 冷却 、 矫直工艺后 ， 残余应力 的最终大小 和分 布则取决 于矫直工艺 。本文通过建立压 力 矫直 的模 型来模拟辊式矫直过程 ，从而能更好 的分 析矫直 过程 中每一 个辊 处 的应力应 变规 律。为进一步的研究 钢轨 的矫直残余应力 提供 了一 种 新 的方 法 。 ｌ弹 塑性 有 限元 基 本 原 理 目前 对 材 料 塑 性 变 形 行 为 的 描 述 主 要 有 刚 塑性 、 塑性 、 塑性 及 粘 弹塑 性 几 种 【１ 弹 粘 ｌ。对 １ ２ 于矫直问题 ， 用弹塑性 变形规律来建模 。 采 弹塑 性变形理论包 括三个 部分 ： 屈服 准则 、 流动 法则 和 强 化 准 则 ，矫 直 问题 主要 涉 及 屈 服 准 则 和 强 化准则 。 １１ 服 准 则 ．屈 屈服 准则决 定 了材 料开 始屈服 时应 力水 平的高低 。 于复杂应力状态 ， 对 屈服应力是各应 力分量 的函数 ， 也可以用等效屈服应力 Ｏ 来表 ＂ ｅ
维普资讯 科 ； 源自科 苑Ｉ 谈 Ｉ 论Ｉ 王 臣 王建 国 陈 林 程 爽 云 海 滨
重轨压力矫直过程 中残余应力的有 限元模拟
（ 内蒙 古科 技 大 学 ， 内蒙 古 包头 ０ ４ １ ） １０ ０
摘 要： 利用有限元软件 Ａ Ｓ Ｓ对重轨 的压 力矫 直过程进行 了三 维有 限元模拟 ， ＮＹ 对重轨矫直过程 中的弹塑性 变形过程进行 了分析 。采用静 态 接触分析 ， 模拟 了七次反复弯曲的过程。通过分析 ， 出了压力矫 直过 程的应力、 得 应变变化规律 。并对 几种 不同的矫直规程进行 了比较分析 。 关键词 ： 重轨 ； 压力矫 直 ； 反复弯曲 ； 有限元模拟
重轨压力矫直过程中残余应力的有限元模拟
考虑的最大和最小主应力，而且还考虑了中间主应力。 本文在分析中采用米塞斯屈服准则。1.2 强化准则强化规 律一般分两种：等向强化和随动强化。在等向强化时， 屈服面的中线维持不变，随着塑性变形
的发生，屈服面大小发生改变。论文格式。对于具有各 向同性塑性行为的材料这被称为各向同性强化；随动强 化时则假定屈服面大小在塑性变形过程中保持不变，但 其位置则不断变化。钢轨的材料是一种各向同
小，轨没有发生塑性变形，只有弹性变形，最后完全弹 复，所以后几次纵向残余应力没有太大变化。论文格式。 图5是三种规程在经过七次反复弯曲后的纵向残余应力。 从三个规程对比来看，标准规程的应力分
布要比其它两个规程更合图5 七次弯曲后的三种规程的纵 向残余应力理。从而也证明了现场所采用的规程更合理。 而这个残余应力曲线与文献[4]基本相符。4 结论（1）利 用ANSYS的静态接触分析
近实际，因此采用三维实体模型来模拟。ANSYS用 Targe170来模拟3-D目标面，柔性体表面当作接触面，用 Conta 173来模拟。一个目标单元和一个接触单元称为一 个接触对，程序通过
一个共享的实常数号来识别接触对，为建立一个接触对 要给目标单元和接触单元指定相同实常数号。2.2 模型的 建立根据辊式矫直的几何尺寸进行建模。辊距1.6m，辊 径1.2m。有限元模型如下：图
应力对钢轨的使用性能有重要的影响，如果在钢轨内存 在过大的残余应力，则将会引发和促进钢轨疲劳和断裂， 对铁路行车安全构成了很大的潜在威胁。而钢轨在经过 轧制、冷却、矫直工艺后，残余应力的最终
大小和分布则取决于矫直工艺。本文通过建立压力矫直 的模型来模拟辊式矫直过程，从而能更好的分析矫直过 程中每一个辊处的应力应变规律。为进一步的研究钢轨 的矫直残余应力提供了一种新的方法。1弹塑
60kg钢轨轨形孔变形的有限元分析
!"#$／%钢轨轨形孔变形的有限元分析郭华邓勇康永林张清泉（攀钢（集团）公司）（北京科技大学）（!"#成都办事处）&前言随着我国铁路运输的快速发展，铁路建设对满足“高纯净度、高尺寸精度、高平直度、高表面质量”的“四高”要求钢轨的需求不断增加。
攀钢作为我国最大的钢轨生产基地之一，历年来非常重视钢轨实物质量的提高，引进世界著名的非线性有限元分析软件!"#$!%&’软件来进行钢轨孔型系统优化便是其举措之一。
自上个世纪八十年代以来，随着计算机技术及数值计算方法的发展，以有限元法为代表的数值模拟技术逐渐成为强有力的金属塑性加工过程分析工具，国外知名钢铁企业广泛应用有限元软件在计算机上进行工艺方案和工艺参数优化设计。
目前，板材轧制过程的有限元数值模拟分析技术已进入实用化阶段［(］，而棒、线、型材轧制变形的有限元分析正在广泛的开展，不过其分析更为困难，主要在于其断面复杂，轧件接触轧辊的不同时性和轧件各部位压下的不均匀性以及由此产生的严重不均匀变形，只有三维有限元模拟才能比较真实反映其变形过程。
本文借助非线性有限元分析软件!"#$!%&’成功地进行了钢轨在轨形孔中变形的三维刚塑性有限元分析，获得了钢轨精轧变形过程中应力分布、应变分布及金属的三维流动情况，深入研究了工艺参数对钢轨轨高尺寸精度的影响规律，其结果对于改进和优化钢轨孔型系统具有积极的意义。
’刚塑性有限元法的广义变分原理及分析模型的建立)$(刚塑性有限元法的广义变分原理［)］钢轨在精轧机架的轨形孔中变形时，其体积基本不发生变化，因此，本文采用刚塑性有限元法进行分析。
对于刚塑性有限元法，其屈服准则采用!*+,+屈服准则，即()!-*.!-*./0)（(）满足!*+,+屈服准则的应力和应变速率关系式为!-*./!)01"*.1"*!.1"*.（)）式中：!-*.———应力偏量分量1"*.———应变速率张量分量同时，建立的刚塑性有限元基本方程还包括微分平衡方程、速度和应变速率方程、体积不可压缩条件及其边界条件。
钢板弹簧简化模型有限元分析
湖北汽车工业学院Hubei Automotive Industries Institute分析计算说明书课程名称车辆工程专业课程设计设计题目钢板弹簧简化模型的有限元分析班级 T843-2 专业车辆工程学号 20080430232 学生姓名杨强指导教师（签字）起止日期2011年 12 月 19 日- 2011 年 12 月 30 日2012年 2 月 20 日- 2012 年 2 月 24 日目录1 引言 (3)2设计要求 (3)3 分析所用数据 (4)4 分析过程 (4)4.1简化模型一的分析过程 (4)4.1.1模型的建立及网格划分 (4)4.1.2 加载与求解 (6)4.1.3 收敛性分析 (12)4.2简化模型2的分析过程 (14)4.2.1建模 (14)4.2.2网格划分 (14)4.2.3加载与求解 (15)4.2.4简化模型二的优化设计 (18)5 课程设计的心得体会 (22)6 参考文献 (22)钢板弹簧简化模型的有限元分析1 引言钢板弹簧是汽车非独立悬挂装置中常用的一种弹性元件。
其作用是传递车轮与车身之间的力和力矩，缓和由于路面不平而传递给车身的冲击载荷，衰减冲击载荷所引起的振动，保证车辆的行驶平顺性。
钢板弹簧结构简单，维修方便，成本低廉，在悬挂系统中可兼起导向作用，因此得到极为广泛的应用，其疲劳特性与阻尼特性对车辆行驶的可靠性和安全性有重要意义。
本文对钢板弹簧简化模型结构进行有限元分析，弄清楚其应力分布的规律。
采用各种网格对模型对模型划分，并作出了比较，计算了模型的最大misses应力和变形，用对称结构进行了计算，用目标驱动优化功能对模型做了结构优化设计。
2设计要求图2.1如图2.1所示钢板弹簧的简化模型，受力情况如上，要求：（1）采用四面体，六面体及自由方式进行网格划分，计算各情况的钢板弹簧三维简化模型的最大misses应力，变形和安全系数；（2）采用二维单元计算模型的最大misses应力，变形；利用结构的对称性对二维模型进行计算；（3）若钢板弹簧简化模型改为图2.2，分析结构的三维简化模型的最大misses应力，变形和安全系数；图2.2（4）利用参数化研究与目标驱动的优化功能对结构进行优化设计；3 分析所用数据（1）板长900mm，宽250mm,厚25mm；（2）材料弹性模量211Gpa，泊松比0.3；（3）左右两侧各受到大小4500N的集中力；（4）中部沿宽度方向受到铅垂方向的约束；4 分析过程4.1简化模型一的分析过程：4.1.1模型的建立及网格划分：模型的建立如图4.1所示图4.1（1）采用solid187（10 Node Quadratic Tetrahedron）对模型网格划分：(单元大小：5mm) 得到节点数：206919 单元数：129894 如图4.2所示图4.2（2）采用六面体网格划分：所用到的单元为：Solid187（10 Node Quadratic Tetrahedron）Solid186（20 Node Quadratic Hexahedron）Solid186（20 Node Quadratic Wedge）Solid186（20 Node Quadratic Pyramid）得到的节点数：112079 单元数：24151 如图4.3所示图4.3（3）采用扫掠方式划分：所用到的单元：Solid186（20 Node Quadratic Hexahedron）Solid186（20 Node Quadratic Wedge）得到节点数：111485 单元数：23535 如图4.4所示图4.44.1.2 加载与求解采用四面体单元进行分析计算如下：（1）约束及加载如下：两个集中力加载在两个尖角的线上，固定支撑在底面的线上如图4.5所示图4.5求解结果如图4.6所示：位移图：最大位移3.245mm图4.6应力图如图4.7所示：最大应力960.02Mpa图4.7（2）上述结果应力值较大，出现了奇异，最大应力的部位均位于两个尖角处，且区域很小，分析可能是与实际的工况不符合，加载方式不合实际，改进如下：将中间的固定约束施加在中间整个面上，再进行求解如下：得到结果如下所示：位移图如图4.8所示：最大位移2.2374mm应力图如图4.9所示：最大应力960.02 Mpa图4.9（3）可以看出应力并没有变化，可能是两端的集中力的施加位置不合实际，考虑到钢板弹簧两端和各有一个卷耳，套在U型螺栓上，故集中力应施加在一个区域上，由一定的面积来承受此力，想到将此集中力施加在两个边角处，具体操作通过添加一个印记面来实现，如下图所示：三角形的底边长50mm，如图4.10所示图4.10网格划分采用四面体，size设置为5mm，约束低面的一条线固定支撑，集中力加载在两个印记面上：求解后最大应力为162.74Mpa,应力图如图4.11所示，应力减小较多，可见两个集中力的影响较为显著。
重轨矫直过程应力演变规律数值模拟分析
重轨矫直过程应力演变规律数值模拟分析仝伟;李泽远;常国;陈林【摘要】应用有限元模拟软件ABAQUS对材料为U75V、弦高为80 mm的重轨,在标准规程20.9-13.2-5.6-5.4下进行矫直数值模拟,分别分析了重轨在整个矫直过程的内部应力形成机理及变化规律.结果表明:在各个矫直变形区内,轨头和轨底受到的应力较大,轨腰处的应力较小,且矫后钢轨内部残余应力在轨底为最大是242 MPa.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2013(032)002【总页数】4页(P129-132)【关键词】重轨;矫直;残余应力;数值模拟【作者】仝伟;李泽远;常国;陈林【作者单位】内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】U213.4铁路运输是一种安全、高效、低耗及对环境污染小的运输方式，因此在各国运输业中占有更加突出的地位.重轨的平直度直接影响着列车的运行速度和安全性以及旅客的舒适性，也是决定重轨使用寿命的重要参数［1］.所以，现在重轨的加工对最后这道工序越来越重视.在矫直过程中，重轨内部的残余应力又是影响重轨质量的重要因素.因此，在重轨矫直后在保证重轨平直度的前提下，确保内部残余应力也是至关重要的.本文以包钢的平立复合矫直方式为背景，采用了ABAQUS软件进行有限元模拟，研究了重轨矫直过程中残余应力的演变规律.为现场控制残余应力提供理论依据.重轨矫直过程的计算模拟中，矫直辊的尺寸为包钢所用的复合矫直机矫直辊的实际尺寸，矫直辊的实际空间位置为现场生产中的实际空间相对位置.采用包钢引进的德国SMS公司的复合矫直机为:水平辊8+1，立辊7+1.水平辊和立辊各项基本参数如表 1，2.通过上述矫直辊的参数，在有限元模拟软件ABAQUS中，建立三维模型，模型如图1所示.矫直辊在矫直过程中变形几乎为零，可以定义为刚性体，选择刚性材料模型，矫直辊不需要定义材料参数.重轨采用塑性材料模型，使用材料为U75V，化学成分为［2］（质量分数，﹪）:C 0.71 －0.8，Si 0.5 －0.8，Mn 0.7 － 1.05，P ≤0.03，S ≤0.05，抗拉强度σb≥980 MPa.对于塑性模型，材料U75V的基本参数见表3所示，矫直是在室温下进行，设定重轨的温度场为20℃.矫直过程是先提供给重轨一个初始速度，当重轨与水平矫直辊接触后，重轨就是通过矫直辊与重轨的摩擦来带动重轨进行矫直.在模拟过程中，矫直辊与重轨选用的是库伦摩擦，且摩擦系数为0.14［3］，矫直辊保持恒定的转速，使钢轨以1.2 m/s的速度运动.为了缩短计算时间，在保证计算精度的前提下，将质量系数放大1 000倍，计算时间将会缩短到1/100，计算效率大大提高.平立复合矫直是有8个水平辊和1个导向辊组成水平辊机组，在后面又加上8个立辊机组来矫直重轨的侧弯，通过这2组矫直辊来完成重轨的矫直.在重轨矫直过程中，在钢轨通过8+1个矫直辊时可将重轨的变形过程分成7个三角变形区［4］，如图2所示.下面就对重轨在7个矫直变形区内的应力进行分析.从重轨截面对称轴位置定义路径，用对称轴上各点的应力值来反应重轨在每个矫直区内重轨内部的纵向应力σx 变化情况.各个矫直区的应力变化值如图3，4所示.图3表示在重轨矫直过程中，在第Ⅰ变形区内当重轨距入口端3 m处的截面通过第2矫直辊时，其截面纵向应力的是从轨头到轨底由压缩应力逐步过渡到拉应力.其轨头、轨腰、轨底的纵向应力值分别是:－764，－247，579 MPa.图4显示了重轨在第Ⅱ变形区的应力，即重轨距入口端3 m处整个截面位于第3矫直辊上.重轨在第Ⅱ矫直变形区内，其纵向应力是从轨头到轨底由拉应力逐步过渡到压应力.其轨头、轨腰、轨底的纵向应力值分别是:1 130，49.3，－1 240 MPa.图5显示了重轨的整个截面通过第4矫直辊时，即重轨截面位于第Ⅲ矫直区内，其截面的纵向应力沿对称轴方向从轨头到轨底呈现压应力逐步过渡到拉应力.在轨头处，从轨头表面直到30 mm处压应力是逐步增大的.然后，应力逐步减小再过渡到拉应力.轨头的最大压应力是－1 200 MPa，轨腰处的应力为－216 MPa，轨底处的拉应力最大为1 130 MPa.图6表示了重轨距入口端3 m处的截面通过第5矫直辊，即重轨截面位于第Ⅳ变形区的纵向应力分布.从图中可以知道，截面的应力是沿对称轴方向从轨头到轨底呈现拉应力逐步过渡到压应力.在这个变形区，轨头、轨腰、轨底的残余应力值分别是:1 120，－181，－1 150 MPa.图7显示了重轨整个截面位于第6矫直辊处，即在第Ⅴ矫直区，其截面的应力沿对称轴方向从轨头到轨底呈现压应力逐步过渡到拉应力.在轨头处，从轨头表面直到18 mm处压应力是逐步增大的.而后，应力逐步减小再过渡到拉应力.轨头的最大压应力是－573 MPa，轨腰处的应力为－58.7 MPa，轨底处的拉应力最大为1 070 MPa.图8显示了重轨截面在第7矫直辊处，即在第Ⅵ矫直变形区纵向应力分布情况，在此变形区内，重轨从轨头到轨底的应力呈现拉应力逐步过渡到压应力.从图中可以看到在轨腰处的这种过渡是相当平缓的.在这个变形区，轨头、轨腰、轨底的纵向应力分别为:824，－174，－327 MPa.图9显示了重轨距入口端3 m处的截面位于第8矫直辊处，即在第Ⅶ矫直变形区的纵向应力分布情况.从应力图中可以看到，在此矫直区内重轨纵向应力从轨头到轨底呈现出压应力逐步过渡到拉应力的趋势.其最大压应力是在轨头表面是－688 MPa，最大拉应力是在轨底表面是725 MPa，轨腰处的应力只是拉压应力的过渡值为－183 MPa.图10为重轨矫后残余应力分布情况.从残余应力图中可以看到，重轨沿对称轴方向从轨头到轨底的应力状态发生了四次大的变化，从轨头表面到距轨头37 mm处残余应力的变化趋势为由拉应力变化到压应力，此时，轨头的残余应力为65 MPa，距轨头37 mm处的压应力为－167 MPa.接着从此处到距重轨轨头表面为84.6 mm处纵向残余应力状态的变化趋势为由压应力变化到拉应力，在距轨头84.6 mm处的拉应力为80.9 MPa.接下来从此处到距轨头143.3 mm处应力的状态的变化趋势为由拉应力逐步减小到压应力，在距轨头143.3 mm处的压应力为－211 MPa.然后，应力开始增大，又由压应力变化到拉应力，轨底处的拉应力为242 MPa.一般讲，重轨矫后残余应力现场的实测值是110～250 MPa范围内变化.根据上述分析，模拟矫直结果与实测值相吻合.（1）在重轨的矫直模拟过程中，重轨内部的纵向应力呈现规律是在第Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ矫直变形区内重轨沿对称轴方向从轨头到轨底由压应力逐步过渡到拉应力;而在第Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ矫直区内重轨沿对称轴方向从轨头到轨底由拉应力逐步过渡到压应力. （2）在重轨矫直过程中，重轨内部纵向应力在三角变形区内变化大部分都是呈线性增加或降低的趋势，在7个矫直区内，从轨头到轨底上升和下滑的趋势交替出现.（3）本文给出了在标准规程下，矫后残余应力分布与现场实际测出的残余应力相吻合，说明模拟结果比较准确，可以通过模拟矫直指导实际生产.【相关文献】［1］Finstermann G，Fischer F D，Shan G，et al.Residual stressesin rails due to roll straightening［J］.Metal Working，SteelRes，1998，69（7）:272-278.［2］杨玉，李晓非，金纪勇，等.钢轨化学成分对力学性能影响的研究［J］.鞍钢技术，2005，（05）:25-29.［3］Wineman S.J，McClintock F A.Rail web fracture in the presence of residual stresses ［J］.Theor.Appl.Fract.Mech.，1992，2（8）:87-99.［4］杨海波，汪家才，王卫平.重轨矫直过程应力应变模型的确定与分析［J］.北京科技大学学报，1997，（S1）:104-108.［5］CHEN Lin，TIAN Zhong-liang，GAO Mi-chao，et al.Researches on rules of the longitudinal residual stress distribution in straightening deformation zone of heavy rail with multi-rollers［J］.Materials Science Forum .2008（V 575-578），Part 1:231-236.。
金属板带矫直过程有限元分析
金属板带矫直过程有限元分析摘要：运用有限元分析软件MARC，建立金属板带矫直模型及材料模型，在500℃、600℃、700℃温度条件下对不同材料硬化模型矫直过程的矫直力和应力应变进行有限元分析，得出以下结论：1、最大矫直力发生在第3矫直辊上，模拟所得矫直力值比理论计算值要小，但其分布规律与解析法分析基本一致。
2、最大应力、应变都发生纵向纤维上，矫直过程中和矫直后材料的应力随着材料温度的升高而减小。
关键词：有限元分析；矫直力；应力应变；MARC；一、引言钢铁板带生产线上的矫直机作为保证板带质量的关键设备直接决定着最终产品的生产率和交货质量。
由于板带辊式矫直过程是一个复杂的弹塑性变形过程问题【1】，解析法对其进行分析需要一些假设，往往结果不准确，有限元法的诞生为求解实际的工程技术问题提供了有效工具。
本文运用大型有限元分析软件Marc，对金属板带的不充分变形矫直过程进行模拟计算分析。
并在MSC.Marc 中的MSC.Mentat模块输入试验所得数据，通过定义杨氏模量、泊松比、质量密度、瞬时热膨胀系数、屈服应力、热传导率、比热、潜热等参数来定义用户材料库【2】。
二、矫直模型的建立与模拟计算建立11辊辊式矫直机模型：上排5辊，下排6辊，并设置4个托辊与下排辊平行，托辊无压弯量，并将辊系定义为刚性体，不考虑矫直过程中矫直辊系的挠曲和矫直辊的压缩接触变形，矫直辊绕z轴固定轴转动，忽略矫直过程机架的弹跳变形。
同时将金属板带定义成变形体，依据矫直机模型辊距定义其长度为，取板带纵向的1/2建立模型。
对金属板带模型运用直接生成单元法与扩展法相结合的网格划分方法划分为200×5×4（长×宽×高，mm）的单元，共4000个。
边界条件定义，添加约束限制z向的运动和x、y方向的旋转，并施加9.8m/s2重力载荷，接触分析通过接触表（CONTACT TABLE）来定义，载荷工况（LOADCASES）的定义采用应力分析中的准静态。
城轨车辆轻量化不锈钢车体有限元分析
城轨车辆轻量化不锈钢车体有限元分析摘要：依照城轨轻量化不锈钢车体的实际结构，成立车体有限元模型；参考国内外城轨车辆技术标准，确信计算载荷，进行车体应力计算及模态分析，并将计算与实验结果对照，提出改良建议。
关键词：城市轨道车辆；不锈钢车体；有限元分析为提高不锈钢车辆设计和制造水平，利用 Nastran有限元软件，结合天津津滨城市轨道不锈钢动车的车体结构，成立了该车体结构的有限元模型，进行强度计算和模态分析，以查验车体设计的合理性及车体结构强度是不是达到设计要求，为进行车体碰撞分析和结构优化研究提供靠得住依据。
1 轻量化不锈钢车辆要紧参数和结构特点所研究的车辆为 B 型鼓形整体承载焊接轻量化车体结构，车辆整体要紧参数见表1，车体要紧部件利用的材料及其性质见表2。
该车体主体结构（图1）由底架、侧墙、车顶、端墙和司机室骨架组成。
轻量化不锈钢车体结构与耐候钢车体一样，也是采纳板梁组合整体承载全焊结构，但利用的板材更薄(车体外板厚 mm，梁柱厚～4mm)，因此须采纳大量薄板（一样为 mm）轧压成波纹状增强筋板与外板点焊连接形成空腔, 用来抗击剪力引发的翘曲。
增强筋板不仅可使热量堆积较少，降低蒙皮的应力，还能够使外板厚度比传统不锈钢车体减少20%左右。
车体的波纹顶板和地板选用的是 mm 厚的薄板。
车体的梁、柱依照受力不同采纳不同强度品级的不锈钢，优化设计截面形状，尽可能降低板厚，减少材料用量。
采纳轻量化技术后，其重量比一般钢车体大约可轻30%～40%。
为减小焊接变形和避免高温下不锈钢材料机械性能下降，该车体制造中大量采纳点焊技术，并用接触焊代替弧焊。
车体外墙板与骨架之间采纳电阻点焊连接，车体要紧承载结构中的梁柱之间那么采纳连接板点焊和塞焊连接，板的拼接采纳先进的滚焊方式。
由于点焊接头的强度低，接头部位强度难以知足要求，故不锈钢车体结构中骨架连接部位采纳连接板连接。
通过这种连接板连接方式不仅能够保证接头的强度，而且能够减小连接处的变形，保证车体的外观美[1]。
矫直压力对钢轨矫直参数影响的有限元分析_盛艳明
112
2009 年第 5 期
EXPERIMENT ＆ RESEARCH 试验研究
形行为的塑性理论有三部分：屈服准则、流动法则和
强化准则，矫直问题主要涉及屈服准则和强化准则。
2.1 屈服准则
关键词：机械制造；矫直；钢轨；有限元 中图分类号：TG386 文献标识码：B
1 引言 在钢轨生产中，提高平直度是控制钢轨产生波
浪弯曲的基础[1]。在生产现场，一般采用多辊式矫直 机进行矫直以保证其平直度。然而，经辊式矫直机矫 直后的钢轨在轨端仍会存在弯曲（称为端部盲区）难 以矫直，这是由辊式矫直机的辊间距所决定的。钢轨 的轨端弯曲，使得线路上的钢轨对接有困难，给行车 带来影响。而辊式矫直机对端头弯曲无能为力，因 此，还必须采用压力矫直机进行端部补充矫直[2-4]。本 文在现有压力矫直研究的基础上[5-7]，针对钢轨端部 高度方向上的矫直问题，采用 ANSYS 软件进行了有 限元模拟。矫直压力作为矫直模型中的一部分，既决 定了矫直质量的好坏，又影响着矫直效率的高低。因 此，重点分析矫直压力与残余应力、残余变形和压下 量这些主要矫直参数的影响，十分必要。应用有限元
变形，如果继续加载，钢轨将出现损伤。
5 结论 本文采用有限元方法对钢轨端部的压力矫直过
程进行了模拟分析，同时分析了矫直压力对残余应 力、残余变形和压下量这些主要矫直参数的影响。通 过以上的分析，可以确定矫直压力设置的合理性，对 选择合适、恰当的矫直压力提供了帮助，以便提高矫 直效率，达到合理的矫直效果。可用于指导现场实际 生产，也为相应自动矫直机的设计开发提供了计算 依据。
在弹塑性理论中，对于超出弹性范!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
弯管成型截面畸变的有限元分析
文章编号：2095-6835（2023）24-0006-05弯管成型截面畸变的有限元分析＊谌宏1，2（1.江苏科技大学苏州理工学院，江苏苏州215600；2.张家港江苏科技大学产业技术研究院，江苏苏州215600）摘要：针对弯管成型截面畸变的问题，基于ABAQUS有限元分析软件，建立了21-6-9高强度不锈钢管弯曲的有限元模型。
研究了相对弯曲半径、相对壁厚、弹性模量、屈服强度关于弯管成型截面畸变的显著性规律及经验公式。
研究结果表明，根据正交试验设计判断出，显著性强弱为相对弯曲半径＞相对壁厚＞屈服强度＞弹性模量；为降低弯管成型截面畸变率，可以选用相对弯曲半径较大的工艺组合；根据回归分析结果，得出成型参数关于弯管成型截面畸变率的经验公式，并校核验证了大概适用范围，该公式可以预测非大半径弯管成型截面畸变的情况，完善后可应用于实际生产。
关键词：管材弯曲；成型参数；截面畸变；有限元模拟中图分类号：TG386.3文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.24.002作为现代弹塑性加工工艺代表之一的管材加工工艺，其管材弯曲加工是其重要的组成部分，管材部件的轻量化、强韧化、高效、低耗等特点显著，被广泛应用于汽车制造、航空航天、输油管道等高新技术领域。
管材弯曲过程是一个非线性多重复杂的物理过程，在弯曲过程中容易出现成型截面畸变、起皱、壁厚减薄等各种质量缺陷，亦会发生回弹等多种问题。
因此，针对成型截面畸变问题开展几何非线性的模拟分析，了解其成型机理因素的显著性，判断最优弯曲方案，预测最大成型截面畸变，合理规避不合格的缺陷管材具有重大意义。
在管材弯曲成型系列研究中，国内外学者针对横截面变形现象开展了各种各样的研究。
王光祥等[1]通过实验的方法研究了弯曲中心角对截面畸变的影响，发现弯曲中心角是影响截面畸变的重要因素，椭圆率随弯曲中心角增大而增大，可以根据这个结论进行预测；JIANG等[2]主要研究了不同数控弯曲模组下的强度TA18管，其弯曲模、刮水模、夹紧模、压力模的合理选用可以提高截面质量；鄂大辛等[3]在平面应力和三向应力状态假设下，得出横截面短轴变化与壁厚的关系式；王刘安等[4]通过6061-T6铝合金管单向拉伸试验数据，对异形弯管进行有限元模拟，得出芯棒与管壁间隙大于1mm时，管材畸变减小，否则畸变严重的结论；何花卉等[5]在管材弯曲变形试验的基础上，进行有限元分析，指出长、短轴变化率比椭圆率更能形象反映界面形状变化，且短轴变化率更加明显，认为弯曲部分变形有向后段直管部分扩散的趋势；方军等[6]通过有限元软件建立不锈钢管材绕弯成型的弹塑性模型，分析了几何和材料参数对截面畸变的影响规律；宋飞飞等[7]利用有限元软件模拟Ti35合金管材绕弯过程，研究了芯棒伸出量、弯曲角度、压块相对助推速度、相对弯曲半径对它的影响规律；官强等[8]通过ABAQUS有限元软件模拟分析了圆管弯曲成型，提出将最大截面畸变率提高20%，应用实际加工判断截面质量的可行性；陈国清等[9]基于MSC.MARC有限元软件建立了推弯成型有限元模型，得出大弯曲半径推弯时，良好的润滑条件有利于获得更好的成型质量的结论；梁闯等[10]通过ABAQUS/Explicit平台，建立了TA18高强钛管数控弯曲成型过程三维有限元模型，研究得出较好的间隙水平是0.1mm的结论；刘芷丽等[11]基于ABAQUS有限元软件，建立圆管压扁-压弯连续成型的有限元模型，分析了圆管的受力方式；陈钱等[12]通过Dynaform有限元软件建立了高强度薄壁管材有限元模型，得出芯棒与管材间隙关于截面畸变率的影响规律；ZHAO等[13]通过ABAQUS/Explicit程序建立了钢管的三维有限元模型，通过实验验证了其可靠性，发现最大横截面畸变的位置几乎随模与管间隙的变化而变化；YAN等[14]基于有限元方法建立了一种起皱能量预测模型的成型极限搜索算法，并依次研究了芯棒球厚度等参数对管材起皱的影响；苏海波等[15]利用有限元方法对管材弯曲成型过程进行了数值模拟，得出了弯角外侧平均壁厚与相对弯曲半径间的关系。
钢轨焊接接头的静弯试验有限元建模及受力研究
钢轨焊接接头的静弯试验有限元建模及受力研究摘要：本文简要概述了静弯试验的建模过程，提出了接触参数的设计方式，依据建模展开试验，基于实验现象与分析，探索计算数据的适应性，研究钢轨静弯的受力问题，最终通过实验对比数据，分析正弯与反弯时的受力状态，提出了残余应力控制、钢轨工艺改进等具有参考价值的建议。
关键词：静弯试验；钢轨；接触参数引言：钢轨的静弯试验，是评价焊接工艺的关键性途径，亦是分析钢轨接头性能的重要措施；基于静弯试验的整体流程，采取有限元方式建模，来分析钢轨单元内接触参数的影响程度，确定参数的优化设计。
其中接触参数包括：单元内尺寸数值、接触刚度等因素。
1有限元法建模1.1建模国内领域内，铁道交通运输行业的钢轨静弯试验，应关注的三个点的静弯问题，分别为：轨头受力弯曲（正弯）、轨头承受拉力（反弯）；假设X、Y、Z分别表示的是钢轨的宽、高、长数值。
以有限元法建立模拟试验模型，分析钢轨受力问题，选取钢轨单元类型。
计算轨道整体结构时，采用单元模型，此模拟方式具有高效率的计算过程；此法不适用于局部计算，计算结果具有一定误差性，因此，在整体计算时应用，有利于简化计算流程，获取具有方向性的探索数据。
有限元法建模期间，应关注钢轨接头的模拟方式，其周边的模拟方式为密网格，其远处的接头，采取疏网格道具；搭建固定网格之后，两个网格之间利用过渡单元实现相互连接。
充分考量三者之间的不利影响，包括网格过渡引发的应力变化，应选取单元类型中协调性完好的个体单元（solid186单元），规避应力变化的不利问题。
基于静弯试验具有整体对称性体征，模拟计算采取相对应的模型（1/4对称模型），来提升计算结果的准确性，节省模拟所需时间[1]。
为保障计算结果的参考性、简化计算流程，采取趋同措施，将钢轨接头焊缝的模拟材料，假设为力学性能、母体材料成分一致，减少客观因素的影响，获得模拟分析数据。
钢轨材料应力曲变数据集合：曲线1在真应变0、2%、4%、6%、8%、10%、12%期间，所产生的应力值分别为：180、700、900、1000、1100、1150、1200，单位为R/MPa；曲线2相对应的应力值分别为：300、800、1100、1190、1200、0、0；曲线3的应力值为：500、700、1000、1100、1190、1200、0。
压下量对工字钢矫直质量的有限元分析
压下量对工字钢矫直质量的有限元分析通过建立完善的工字钢有限元模型，可以在不同的压下量的条件下对工字钢的矫直过程进行有效的动态仿真模拟，同时，随着其压下量的不断变化，其矫直后的工字钢残余应力呈现出一定的分布规律，基于此，本文从当前的有限元仿真模型入手，深入进行分析，并对当前的工字钢动态仿真结果进行明确，以供相关人员参考。
标签：工字钢;压下量;矫直;有限元;残余应力0 引言随着时代不断发展，我国建筑行业与工业逐渐繁荣，促使行业积极对自身的技术进行创新，以满足当前的行业需求。
现阶段，工字钢应用较为普遍，但受其自身的性质影响，其自身在锯切、轧制以及冷却过程中，会受到散热不均匀、冲击力以及残余应力等因素的影响，因此，在工字钢出厂前必须进行合理的矫直，以此来保证其质量。
1 建立合理的有限元仿真模型实际上，在当前的工字钢矫直过程中，受其自身的性质影响，通常情况在工作人员主要是利用当前的矫直辊压下腹板，进而促使边翼发生弹塑性变形进行矫直，保证工字钢的质量符合当前的出厂标准。
通常情况下，现阶段在矫直过程中其矫直的温度主要在20-100℃范围内，并将当前的矫直辊进行上下平行并交错排列进行配置，满足实际的需求。
同时，应合理对当前的矫直辊刚度进行分析，由于其自身的刚度较大，故此将其设为刚性体，在压下方案设计过程中，主要进行1辊单独压下，而其他7辊进行固定，在模型构建过程中，主要是以当前的8节实体单元solid为基础，利用完全积分避免沙漏问题，并利用当前的实体单元选用双线性随动对模型进行合理的强化，并将单元进行合理的划分，分析当前实际轧辊与轧件之间接触面产生的摩擦系数，以满足当前的需求[1]。
2 合理分析工字钢动态仿真结果2.1 明确压下量对工字钢残余应力的分布对于金属材料来说，当其自身受到外力的作用后，其自身会发生明显的形变，并产生残余应力，但如果其自身只发生弹性形变时，并不会产生残余应力。
在矫直工字钢过程中，其实质主要是利用当前的两排平行交错配置的矫直辊，经过多次的正反弯曲，利用弹性恢复能力促使当前的工字钢得到矫正，以满足当前的需求，由此可知，其实际的矫直过程就是当前的弹塑性形变的过程。
钢轨矫直变形三维有限元模拟及光弹塑性实验研究的开题报告
钢轨矫直变形三维有限元模拟及光弹塑性实验研究的开题报告一、选题背景及意义随着铁路交通运输的发展，钢轨作为铁路交通运输的重要组成部分承受着巨大的载荷，长期运行中难免产生变形和疲劳损伤。
钢轨的变形不仅会影响铁路的安全性能，而且会加速疲劳损伤和老化速度，大大缩短钢轨的使用寿命，影响铁路运输的正常运行。
因此，对钢轨的变形研究具有重要的实际意义。
本研究将通过数值模拟和实验研究的方法，对钢轨变形进行研究，为铁路交通运输的安全和稳定提供技术支持。
二、研究内容1. 建立钢轨的三维有限元模型，模拟钢轨在静载和动载条件下的变形和应力分布情况，探究各个因素对钢轨变形的影响；2. 根据数值模拟结果，设计光弹塑性实验，对钢轨的变形进行实验研究，验证数值模拟结果的准确性和可靠性；3. 基于实验和数值模拟结果，对钢轨的变形产生的原因进行分析，提出钢轨变形控制的方案和措施，减少钢轨的变形和损伤。
三、研究方法和技术路线1. 建立钢轨的三维有限元模型，采用ANSYS软件对钢轨在静载和动载条件下的变形和应力进行数值模拟；2. 设计光弹塑性实验，采用高速相机和拉压杆等测试仪器对钢轨的变形进行实时捕获和分析，对实验数据进行处理和分析；3. 将数值模拟和实验结果进行比对，验证模拟模型的准确性和可靠性，分析钢轨变形的原因，并在此基础上提出变形控制方案和措施。
四、预期成果1. 建立钢轨三维有限元模型，模拟不同工况下的钢轨变形和应力分布情况；2. 设计光弹塑性实验，采集钢轨变形实验数据；3. 分析数值模拟和实验结果，探究钢轨变形的原因；4. 提出针对钢轨变形的控制方案和措施。
五、进度安排1. 前期准备阶段：了解钢轨的基本特性及三维有限元建模方法，制定研究计划和实验方案；2. 模型建立和数值模拟：根据研究计划，建立钢轨的三维有限元模型，进行数值模拟；3. 实验设计和实验测试：根据计划，设计并实施钢轨变形实验，并采集实验数据；4. 数据处理和分析：对数值模拟和实验数据进行处理和分析，得出结论；5. 总结与撰写：总结研究成果，撰写开题报告和毕业论文。
七斜辊矫直的有限元模型简化处理及网格划分
七斜辊矫直的有限元模型简化处理及网格划分摘要矫直机是矫直钢材的工程机械，本文从研究2-2-2-1型辊矫直机的矫直过程出发，对矫直机机架进行研究并模型进行简化处理，对简化处理后的模型进行网格划分。
关键词七斜辊矫直机；有限元；优化处理；网格划分对于七斜辊矫直机的建模方式有两种方法：第一种是对于一些结构相对简单的模型利用ABAQUS/CAE有限元软件中的交互式图形环境进行建模。
第二种是对于非常复杂的模型利用其它所熟悉专用CAD软件建立模型，通过ABAQUS有限元软件提供的数据接口导入，然后再经过处理得到想要的模型。
这两种建模方法有其各自的优缺点，第一种利用ABAQUS/CAE建模，优点是对于一些简单小型模型的生成比较方便可以降低建模过程中的工作量，用户对模型的形状及所有节点和单元的编号有完全的控制。
但是对于创建一些大型复杂的模型建模就十分困难且往往比较耗时，需要处理大量的数据。
而第二种利用其它所熟悉专用CAD软件建立模型其优点就是对于庞大而且复杂的模型在其建模时就比较容易，可以节省大量的工作时间减少工作量，但是在一些情况下模型在导入ABAQUS有限元软件会出现部件丢失等问题。
1．七斜辊矫直机三维建模七斜辊矫直机的结构比较复杂，是由6根立柱、矫直辊系、上横梁、下横梁、主传动系统、压下系统、角度调整机构、进口导向套、出口导向套等主要部分组成，它的上下横梁均为25mm厚的钢板焊接而成，通过6根立柱相互联结，矫直辊分别用螺栓固定在上下梁的辊座上，其整体外形尺寸为3400mm×1300mm×3117mm。
在不影响计算结果的情况下，为了简化矫直机机架模型和减少计算的工作量，建模时应该对矫直机机架模型作一系列必要的简化，要去掉一些没有必要的细节。
同时也是为了能够简便快捷的的划分有限元网格，节约计算机的工作时间，可以把矫直机的液压缸、立柱套筒、螺栓螺母、矫直辊和矫直辊的底座等零部件也同时一起去除，也有必要把矫直机的倒角、螺纹和孔等诸多能够影响划分网格质量的因素去掉。
钢轨端部压力矫直工艺参数的计算方法
口 周建源 口 盛艳明
２ ６ ６ １ １ １ 南 车 青 岛 四方 机 车 车 辆 股 份 有 限 公 司 山东 青 岛
摘
要： 矫 直 栽 荷 和 矫 直 行 程 是 钢 轨 端 部 压 力矫 直过 程 的 两 个 重要 工 艺 参 数 。 在 现 有 研 究 的基 础 上 ， 结合 实例 应 用
１ 矫 直 工 艺 参数 的计 算 方 法
１ ． １ 基 于 有 限 元 的 计 算 方 法
曲 线 反 映 了 矫
直 过 程 的 ３个 阶 段 ： 弹性变 形 阶段 Ｏ Ａ、 弹 、 塑 性 变 形 阶
有 限 元 计 算 方 法 技 术 成 熟 ， 已成 为 工 程 领 域 应 用 最 为 广 泛 的 数 值 模 拟 方 法 ．有 限 元 计 算 结 果 已 成 为 工
目前 在 钢 轨 的 生 产 过 程 中 ，一 般 采 用 多 辊 式 矫 直 机 进行 矫直 ， 以保证 其 平直 度 。然 而 ， 经辊 式矫 直 机矫
钢轨 的压 力矫 直过 程 ． 从力 学 角度 而言 ， 涉 及 到 材
直 后 的 钢 轨 在 端 部 仍 会 存 在 矫 直 盲 区 ， 即 端 部 弯 曲 无
全具 有重 要 意义 。
１ ． ２ 基 于弹、 塑 性 弯 曲 的 计 算 方 法 目前 在 有 关 矫 直 工 艺 参 数 计 算 的 理 论 研 究 中 ， 大 部 分 是 以 弹 、塑 性 弯 曲 理 论 为 基 础 展 开 的 矫 直 参 数 计
算 。 许 多 学 者 针 对 各 自 的 研 究 ， 相 继 建 立 相 应 的 基 于
法 矫直 。 这 是 由辊式 矫直 机 的辊 间距决 定 的［ １ － ２ ］ 。 目前 ， 钢 轨端 部弯 曲主要 通过 辊矫 后 的 双 向液压 补矫 进 行矫
钢轨端部压力矫直工艺参数的计算方法
钢轨端部压力矫直工艺参数的计算方法
周建源;盛艳明
【期刊名称】《机械制造》
【年(卷),期】2013(51)12
【摘要】矫直载荷和矫直行程是钢轨端部压力矫直过程的两个重要工艺参数.在现有研究的基础上,结合实例应用ANSYS软件对钢轨端部弯曲的压力矫直进行了有限元分析,获得了矫直过程的载荷-挠度曲线.同时,以弹、塑性力学理论为基础,在现有矩形截面和轴类工件的压力矫直过程模型研究基础上,推导建立了工字截面工件的矫直过程模型,获得钢轨端部弯曲矫直所需矫直载荷和矫直行程的计算方法.运用该计算方法结合实例进行了矫直工艺参数的理论计算,并将该理论计算结果与ANSYS模拟结果进行比较,发现两者非常接近,误差较小,在一定程度上验证了基于矫直过程模型的理论计算方法的正确性,对于现场生产具有实际指导意义.
【总页数】3页(P65-67)
【作者】周建源;盛艳明
【作者单位】南车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111;南车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111
【正文语种】中文
【中图分类】TH122;O241.82
【相关文献】
1.矫直对钢轨端部规格影响的有限元分析
2.钢轨端部压力矫直的有限元分析
3.钢轨矫直压力的有限元计算
4.矫直压力对钢轨矫直参数影响的有限元分析
5.热轧板开平线矫直工艺参数计算方法研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于有限元仿真的钢管压力矫直方案设计
基于有限元仿真的钢管压力矫直方案设计方剑辉;王占军【摘要】利用ANSYS软件对钢管矫直过程进行仿真.使用参数化建模,实现不同材料、不同尺寸以及不同初始弯曲挠度的钢管的压力矫直仿真.针对初始弯曲挠度大的钢管,在保证其不发生破坏的前提下进行多次矫直,并且使用APDL语言进行编程,实现矫直仿真的自动进行,最后得出矫直方案,为实际操作提供帮助.进行实例分析,结果表明程序是可行的.【期刊名称】《锻压装备与制造技术》【年(卷),期】2014(049)002【总页数】4页(P65-68)【关键词】矫直工艺;压力矫直;ANSYS;仿真;APDL编程;多次矫直【作者】方剑辉;王占军【作者单位】河海大学机电工程学院,江苏常州213000;河海大学机电工程学院,江苏常州213000【正文语种】中文【中图分类】TG386.431 前言在管材压力加工过程中，由于受轧制、锻造、挤压、拉拔、运输、冷却或热处理等因素的影响，管材会产生弯曲或者扭曲变形。
为了消除这些弯曲缺陷，管材需要进行矫直。
矫直过程是一个相当复杂的弹塑性变形过程，现在人们还无法对各种矫直方法给出精确的描述。
而且，许多矫直机的工艺参数的设定还主要依赖于工人的经验，不同的操作工人设定的工艺参数不尽相同，产品质量很不稳定。
一些学者[1-3]以弹塑性力学理论为基础，进行一些假设和简化，推导并建立了一些计算过程的数学模型，能够达到一定的计算精度。
现阶段，钢管压力矫直的大部分理论研究基于以下几方面的假设和简化[4]：①连续性假设。
认为组成固体的物质不留空隙地充满了固体的体积。
②均匀性假设。
认为在固体内到处有相同的力学性能。
③各向同性假设。
认为物体内各点的介质的力学特性是相同的，各点各方向的性质是相同的。
变形体内的各质点各个方向上的力学性能、物理性能均相同，不随坐标的变化而变化。
④假设物体没有初始应力，其之后的变形皆是由外力作用引起的。
⑤忽略重力。
由于重力与受到的面力相比非常小，理论计算时忽略重力。
导轨的有限元分析精选全文
可编辑修改精选全文完整版
导轨的有限元分析
1.材料性质
电机、锯架和锯片的总质量取5kg；导轨的材料选用碳钢板，其属性见表1：
表1 导轨材料属性
属性数据值
弹性模量205000 N/m2
泊松比0.29
抗剪模量80000 N/m2
热膨胀系数 1.2e-005
密度0.007858 g/mm3
热导率52 W/m*K
比热486 J/kg*K
张力强度425 N/m2
屈服强度228.685 N/m2
2.有限元模型
导轨两端面采用全约束，限制移动和转动的六个自由度；载荷施加在导轨中间，其作用力面积与锯架底座平面面积相等，计算的均布载荷p=7700N/m2，有限元模型如图1。
图1 导轨有限元模型
3.有限元分析
采用静力学分析模型，经有限元计算得出导轨的等效应力，其应力变化如图2，可见其最大应力为1.325MPa，远小于碳钢板材料额屈服应力282.685MPa，强度达标。
图2 应力变化图
变形曲线如图3，由图可见最大变形量为6.554mm。
图3 变形曲线。
- 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)。
矫直计算中钢轨截面简化的有限元分析
I. 引言
1. 研究背景和意义
2. 目的和意义
II. 钢轨截面简化的有限元模型
1. 计算方法介绍
2. 基本原理和假设
3. 算法和计算流程
III. 矫直计算中钢轨截面简化有限元分析
1. 矫直过程和原理
2. 钢轨模拟分析
3. 结果分析和讨论
IV. 实验验证
1. 实验对象和测试方法
2. 实验数据记录和分析
V. 结论
1. 本论文的研究成果
2. 进一步研究的展望和意义
VI. 参考文献第一章：引言
随着铁路交通的不断发展，高速列车改善乘客的出行体验，减少行程时间，干线铁路逐渐更新换代。
然而，铁路线路超额使
用带来了铁路设备的严重磨损和变形，尤其是钢轨弯曲变形问题。
在列车行车过程中，钢轨受静载荷和动车荷载的交替作用，长期应力作用，造成钢轨轨面逐渐变形。
为了保证铁路运行质量和乘客安全，钢轨必须进行矫直。
这就需要对钢轨纵向受力及变形特性进行研究。
此外，在钢轨的设计及性能评估以及钢轨的质量管控等方面，有限元数值分析技术也得到了广泛的应用。
因此，本文采用有限元方法分析矫直计算中钢轨截面简化问题，以期为铁路行业的发展提供一定的参考价值。
第二章：钢轨截面简化的有限元模型
有限元分析的模型主要由几何模型，材料特性和约束条件组成。
本文设计了一种基于GeoMagic Studio 平台的钢轨有限元模型，模型所承载的有限元分析求解器是ANSYS。
该模型的建立包
括以下几个步骤：
1. 数据准备及三维建模
本文采用CATIA软件建立钢轨的混合模型，选用较为典型的
标准钢道型号GB2585-81作为具体建模对象，通过实际测量
得到其参数。
然后将建立的混合CAD模型导出至GeoMagic Studio平台，通过裁剪操作将模型划分成三个主要部分：轨顶、轨腰和轨底。
2. 有限元分析
基于ANSYS软件的有限元计算方法进行计算，建立钢轨截面的有限元模型。
对于每个部分，分别设置其材料、边界条件以及节点间的单元管连。
通过有限元分析，得出钢轨截面的应力分布、位移变形和载荷响应等参数。
3. 模型验证
通过与现场实际测量的矫直前后的钢轨尺寸和位移、变形等数据进行对比，来验证本文所设计的有限元模型的可行性。
第三章：矫直计算中钢轨截面简化有限元分析
钢轨矫直计算是铁路维护与保养工作中的一项重要内容。
通过钢轨矫直计算，确定钢轨的矫直量，给出具体矫直方案，并保证矫直效果。
对于矫直计算中的钢轨截面简化问题，需要进行有限元分析。
在实际工程中，由于先天条件的限制，可能会导致符合一定精度的完整建模。
在本文中，针对此问题，为了达到对钢轨进行更精准分析的目的，对钢轨截面进行简化处理。
为了实现钢轨截面的简化过程，需要先选取一些能够代表钢轨截面特征的几何形状，从而简化模型。
同时，钢轨截面的简化对有限元分析的精度也有很大的影响。
在本文中，通过对钢轨的研究，提出了重心横截面法和均匀截面法，这两种简化方法被广泛地应用在钢轨的有限元分析中。
重心横截面法是采用钢轨重心及钢轨与重心的相对位置作为主要考虑因数进行简化。
该方法相对较为简洁，计算所需时间也
较短，但该方法会忽略钢轨截面形状对应力和位移的影响。
均匀截面法则是在钢轨横截面平均分布的情况下，选取中间位置处的简化横截面代替整个横截面进行研究。
这种方法有利于维持钢轨的横截面形态，同时减少分析复杂度，提高计算准确性。
通过有限元仿真分析，可以得到钢轨在不同矫直力条件下的变形情况，从而为钢轨的矫直提供参考。
同时，对矫直处理后的钢轨变形情况进行有限元模拟仿真验证，以验证所建立的有限元模型的准确性和可行性。
最终，本文将分析结果与工程实践相结合，得出合理的钢轨矫直方案。
总结：本章通过建立钢轨有限元模型和对重心横截面法和均匀截面法进行分析，实现了钢轨截面的简化，并开展了有限元分析计算，为钢轨的矫直提供了理论依据。
第四章：有限元分析在钢轨设计及性能评估中的应用
有限元分析技术在钢轨设计及性能评估中的应用，早已得到了广泛的认可。
在钢轨设计中，有限元模拟分析主要是针对钢轨的疲劳和断裂两个工况进行研究。
对于钢轨的疲劳问题，通常需要进行低周疲劳和高周疲劳两方面的分析。
在低周疲劳方面，多数应用频率响应函数法或最大应力法，通过应力-振幅曲线
得到钢轨疲劳寿命的预测。
在高周疲劳方面，主要应用应力集中因子法和Fracture Mechanics等方法，对应力集中处或微裂
纹下的断裂问题进行分析。
对于钢轨的断裂问题，则主要应用线性弹性断裂力学理论和层裂法进行预测。
在钢轨性能评估方面，有限元分析技术可以通过建立钢轨的有限元模型，分析钢轨结构及其特性，了解钢轨的强度、振动、材料应力等方面的性能表现。
这样，在钢轨设计上，可以结合有限元分析的结果，来确定其性能指标，从而设计出更加合理的钢轨结构。
除此之外，在钢轨工程的全寿命性能分析以及钢轨的质量控制方面，有限元分析技术也得到了广泛的应用。
全寿命性能分析是钢轨了解其在服役期间逐渐退化和性能下降的问题。
通过有限元分析技术，可以预测钢轨在不同工况下所处的不同性能阶段，并对其进行预防性维护。
在钢轨的质量控制方面，有限元分析技术可以通过对钢轨的性能参数的统计分析，给出钢轨的质量评估及质量管控方案。
第五章：有限元分析在铁路车辆运行轨迹和动力学行为的研究中的应用
铁路车辆的轨迹和动力学行为是一个复杂的问题，包括列车的加速、制动等运动过程和车辆与铁轨之间的相互作用。
这些过程的研究对于优化列车运营方案，提升运输效率和保障铁路安全性具有重要的意义。
在这方面，有限元分析技术同样可以发挥其优势。
在铁路车辆运行轨迹方面，有限元分析技术可以建立车辆—铁轨系统动力学数学模型，通过该模型的计算，得到车辆的运行轨迹，包括车辆在整个运行过程中的位置、速度、加速度等相
关参数。
此外，有限元分析技术还可以将场地监测数据与模型计算的结果进行对比，来验证模型的准确性和可靠性。
在车辆动力学方面，有限元分析技术可以建立类似于车辆运行轨迹的动力学模型，通过计算模型中的参数，例如车辆的速度、加速度、惯性力、侧向加速度等，进而评估车辆在不同工况下的操控性和稳定性。
此外，在车辆的破坏安全评估方面，有限元分析技术可以利用车辆动力学模拟，预测车辆破坏的情况并进行安全性评估。
总结：本章主要介绍了有限元分析技术在铁路车辆运行轨迹和动力学行为研究中的应用。
通过有限元分析技术建立车辆—铁轨系统的动力学模型，可以研究车辆在运行过程中的行为，从而为制定更加合理的运行方案和保障铁路安全性提供理论依据。