切向载荷对钢轨弹塑性滚动接触应力的影响分析.pdf

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1、2010年7月润滑与密封July2010第35卷第7期LUBRICATIONENGINEERINGVol_35No．7DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2010．07．002切向载荷对钢轨弹塑性滚动接触应力的影响分析郭俊温泽峰李伟金学松(西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031)摘要：利用建立的钢轨三维弹塑性滚动接触有限元模型，分析车辆通过曲线轨道时轮轨接触表面切向力对钢轨滚动接触应力和应变的影响。结果表明：钢轨材料的累积塑性变形、残余应力和残余应变都随切向力的增大而增大；纵向切向力与法向力之比大于0．3时其对塑性变形、残余应力和残余应变影

2、响明显，钢轨的最大残余应力、最大等效塑性应变和剪应变均发生在钢轨接触表面，裂纹易萌生于接触表面，与现场观察结果相一致。关键词：轮轨接触；切向力；残余应力；弹塑性；有限元法中图分类号：U217．5文献标识码：A文章编号：0254—0150(2010)7—005—4EfectofTangentialForceonElastic-plasticRollingContactStressofRailGuoJunWenZefengLiWeiJinXuesong(StateKeyLaboratoryofTractionPower，SouthwestJiaotongUniversity，Che

3、ngduSichuan610031，China)Abstract：Inordertobetterunderstandthemechanismofwheel—railrollingcontactfatigue，athree．dimensionalelastic—plasticmodelofwheel—railrollingcontactwasestablishedbyfiniteelementmethod．Theeffectofwheel—railtangentialforceontheresidualstressesandstrainsofrailwasinvestigated

4、byusingthemode1．Theresuhsshowthattheaccumulatedplasticdeformation．residualstressesandresidualstrainsofrailincreasewithincreasingthetangentialforce．Whenthera—tioofthetangentialforcetothenormalforceisequaltoorlargerthat0．3．thetangentialforcehasalargeinfluenceontheplasticdeformation，residualstr

5、essesandresidualstrainsofrail．Themaximumresidualstresses，maximumresidualaccu—mulatedequivalentplasticstrainandmaximumshearstrainsoccuronthecontactsurfaceofrailwherethecracksinitiateeasily．Theanalyticalresultisinlinewiththesiteobservation．Keywords：wheel—railcontact；tangentialforce；residualstr

6、ess；elastic—plastic；finiteelementmethod高速铁路钢轨损伤的主要形式是滚动接触疲钢轨材料屈服强度对钢轨残余应力和应变的影响，劳。严重的钢轨滚动接触疲劳裂纹会引起断轨，为高速与重载铁路钢轨选材提供指导。威胁列车的安全运营。轮轨滚动接触应力分析是探明轮轨间的切向力是引起钢轨滚动接触疲劳的主要轮轨滚动接触疲劳机制的关键。受到三维轮轨弹塑性因素。本文作者在文献[5]的基础上，考虑钢轨的滚动接触应力计算困难性和计算机能力的限制，过去真实几何形状和边界条件，利用建立的钢轨三维滚动大部分文献的研究工作局限于二维分析，有关三维弹接触应力计算模型，研究车辆通过

7、曲线时轮轨切向载塑性滚动接触应力分析鲜有报道。Kulkarni等进行荷对钢轨弹塑性滚动接触应力的影响，为提出钢轨滚了纯滚动条件下的三维应力分析，没有考虑轮轨间的动接触疲劳减缓措施奠定理论依据。切向力。Jiang等采用循环塑性本构模型研究了三1数值计算模型维滚动接触应力，但接触斑假设为圆形且没有考虑轮我国铁路第一条准高速线广深线运营过程中，线轨真实的几何形状和边界条件。作者曾利用有限元法路曲线区段出现大量的钢轨斜裂纹，为钢轨接触疲劳建立了钢轨三维弹塑性滚动接触计算模型，着重分析裂纹的一种类型。