高速列车轮轨接触刚度和接触阻尼研究与分析

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________全日制专业学位硕士论文高速列车轮轨接触刚度和接触阻尼研究与分析学位申请人：方姣学科专业：交通运输工程正指导导师：丁阳喜教授副指导导师：肖乾教授答辩日期：1独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标

2、注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。学

3、生本人签名日期校内导师签名日期3摘要高速列车轮轨接触刚度和接触阻尼研究与分析摘要随着铁路列车不断向高速化发展，轮轨接触的要求越来越高，而高速轮轨接触面受到法向接触载荷作用时，容易产生微小的角位移和线位移，使得接触表面材料发生弹塑性变形，结合面既储存了能量又消耗了能量，表现结合面既有接触刚度又有接触阻尼，对高速列车的静动态特性造成了不良的影响。轮轨表面特性对接触刚度和阻尼的影响突出，利用TR100袖珍式粗糙度仪和AT100硬度计跟踪测试CRH2A高速列车组镟修后、运行2.5、5、7.5和10万公里时车轮表面的粗糙度和硬度数值。伴随

4、运行里程的增加，粗糙度数值减小，硬度值先缓慢减小，5-7.5万公里之间基本平稳，后来又逐渐增大，镟修后粗糙度和硬度都达到最大值。分形维数是表达粗糙度数值的有效方法，采用均方根方法算得分形维数随表面粗糙度呈负指数变化。硬度参数可以通过弹性模量输入有限元模型，建立硬度和弹性模量的关系，得到它们之间几乎呈正线性关系。这些实测数据为后文精确计算轮轨接触刚度和阻尼提供必要条件。根据分形理论，通过Matlab编程得到不同粗糙度对应的轮轨接触数值模型，提取各点数据，将离散点云数据重构，构成不同粗糙度下的钢轨曲面。采用ABAQUS建立不同粗糙表

5、面的轮轨接触简化模型，车轮为离散刚体，钢轨为柔体，接触处用CPS4I细化网格，根据不同工况设置不同的材料参数，将钢轨底面全约束，加载位移载荷，仿真计算轮轨接触刚度和阻尼。根据接触刚度和阻尼基本理论，探讨符合轮轨接触特性分形理论和有限元方法，分析法向接触载荷、摩擦系数、粗糙度、硬度以及运行里程对轮轨接触刚度和接触阻尼的影响。仿真计算结果表明：法向刚度随着法向载荷、表面硬度、运行里程的增加而逐渐增大，而与粗糙度的变化规律正好相反，摩擦系数对法向接触刚度的影响甚微；切向刚度与载荷、摩擦系数、表面硬度呈非线性变化，随着它们增加而增大，而

6、与粗糙度的关系比较复杂，体现出先增大后减小，在粗糙度为0.6um左右取得最大的切向接触刚度，在列车运行10万公里之内，轮轨切向接触刚度基本控制在5000-7000（N/mm）之间，变化趋势有增长阶段、下降阶段，同时也有平稳阶段；法向阻尼随着载荷、摩擦系数、硬度、运行里程增加而增大，但与粗糙度呈负增长关系；轮轨切向接触阻尼随着法向载荷、摩擦系数、表面硬度的增加而逐渐增大，却随着粗糙度的增大先增大后减小，列车运行不同里程时，切向接触阻尼的变化规律不是很明显，增长和下降趋势并存。关键词：高速列车，轮轨接触，表面粗糙度，接触刚度，接触阻

7、尼IAbstractResearchandAnalysisofWheel/RailContactStiffnessandContactDampingofHigh-speedTrainAbstractWiththecontinuousdevelopmentofrailwaytrainstohighspeed,therequirementofwheel/railcontactishigherandhigher,andwhenthehigh-speedwheel/railcontactsurfaceissubjectedtonorma

8、lcontactload,itiseasytoproducesmallangulardisplacementandlinedisplacement,whichmakesthecontactsurfacematerialelastic-plasticdeforma