钢轨接触应力分析与廓形优化

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要铁路的运营会造成钢轨表面的不均匀磨耗，从而影响列车运营，恶化行车条件。钢轨打磨是一种有效地改善轮轨接触状态的方法，优化行车条件。本文首先分析总结钢轨打磨的原理与方法，从接触应力的角度出发，计算比较了Hertz算法与有限元算法的优缺点。得出Hertz算法计算时效高，能够快速得到轮轨接触应力，便于模块化设计，但是假定条件太多，适应性差，对于磨耗后的不规则钢轨踏面，计算误差较大：有限元算法能够很好地模拟磨耗后的钢轨廓型，适应好，计算误差相对较小，但是存在计算工作量大，严重耗费机时等

2、缺点。基于钢轨打磨的现阶段的研究，通过总结国内外钢轨廓型优化的研究成果，提出一种旨在增大轮轨接触面积，缩小轮轨廓型一阶导数差值的方法，用于优化磨耗后的钢轨踏面，减小轮轨接触应力。并采用matlab语言编制相关程序，依据序列二次规划法的思路，调用内部fmincon函数，迭代得到优化以后的钢轨的最优廓型。通过对比优化前后的钢轨廓型，分别采用Hertz算法与有限元算法，分析比较了优化前后的钢轨踏面对于轮轨接触应力的分布情况，得出本文提出的“外形斜率差值最小法”能够明显改善轮轨接触应力，采用文中提出的理论，对磨耗过后的钢轨

3、外形进行优化得到的钢轨最优廓型是合理的。关键词：钢轨打磨：接触应力；廓型优化西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractRailoperationswillcauseunevenabrasiononthesurfaceoftherailandthenaffecttrainoperation，deterioratetrafficconditions．Railgrindingisalleffectivewaytoimprovestateofwheel／railcontactandoptimizedriving

4、conditions．Inthispaper，itisfirsttoanalyzeandsummarizetheprincipleandmethodofrailgrinding，andthencalculatetheadvantagesanddisadvantagesofHertzalgorithmandcomparedwiththefiniteelementalgorithmfromtheperspectiveofcontactstress．Finally，drawtheconclusionthatHertzal

5、gorithmhasthehighcomputationaltimeandcangetthewheel／railcontactstressquicklyanditisalsoconvenientformodulardesign．butitdoeshavesomedisadvantages，suchastoomanyassumptions，pooradaptability，anditexiststhemorecalculationerrorfortheirregularrailsurfacesaftertheabra

6、tion；Finiteelementalgorithmhasagoodsimulationoftherailprofiletypeafterabrasionandhasagoodadaptabilityandarelativelysmallcalculationerror，butitalsohassomedisadvantages，suchaslargecomputationaleffort，seriouscostmachine-hourandSOon．Basedontheresearchofrailgrindin

7、gatthepresentstage，throughsummarizingtheresearchachievementsofrailprofileoptimizationathomeandabroad，itbroughtforwardanewmethodofRailprofileoptimizationaimatincreasingthewheel／railcontactareaandreducingthefirstderivativedifferentialvalueofwheel／railoutlinetoop

8、timizetheabrasionrailsurfaceandreducethewheel／railcontactstress．Thenprogramtherelevantprocedureusingmatlablanguage，accordingtotheideaofthesequencequadraticprogrammingmethod，bycalli