【摘 要】
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随着城市化进程加深,城市人口数量激增,地铁车辆因其独特优势在城市交通中扮演重要的角色。车轮服役过程的安全可靠性是地铁车辆稳定运行的前提,车轮在使用中不但承载着轮轨间全部载荷,而且承载由闸瓦制动引起的热载荷,针对地铁车辆急起急停的运行特点,地铁车轮承受更为频繁的制动热载荷。为了给地铁车轮设计和检修提供可靠的指导意见,本文基于ANSYS平台对热-机载荷共同作用下的地铁车轮疲劳强度进行评估。获得可靠仿真
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随着城市化进程加深,城市人口数量激增,地铁车辆因其独特优势在城市交通中扮演重要的角色。车轮服役过程的安全可靠性是地铁车辆稳定运行的前提,车轮在使用中不但承载着轮轨间全部载荷,而且承载由闸瓦制动引起的热载荷,针对地铁车辆急起急停的运行特点,地铁车轮承受更为频繁的制动热载荷。为了给地铁车轮设计和检修提供可靠的指导意见,本文基于ANSYS平台对热-机载荷共同作用下的地铁车轮疲劳强度进行评估。获得可靠仿真结果的前提是绘制准确的几何模型,而车轮形状复杂多样、几何元素间要求严格的拓扑关系,为提高几何模型绘制效率,本文在Auto CAD平台编制了不同类型车轮的参数化绘图程序。本文对热处理残余应力、轮轴装配应力、轮轨接触应力以及制动热应力多种载荷共同作用下的地铁车轮疲劳强度进行了研究。车轮热处理过程仿真分析是瞬态非线性问题,为节约计算资源,本文采用间接耦合分析方法,建立二维轴对称模型模拟S形车轮热处理残余应力,结果表明:车轮辐板产生高达231.8MPa的残余径向拉应力。在对车轮制动过程充分分析后,采用均布热流密度法,建立磨耗到限S形车轮二维轴对称模型模拟车轮在30次连续制动工况下的车轮温度场和应力场变化,结果表明:车轮温度随循环制动次数增加而增加,辐板区域最高温度可达439.1℃,最大径向应力高达333.3MPa。为研究轮轨机械载荷和其它载荷共同作用下车轮疲劳强度,采用PLANE25单元进行谐波响应分析模拟车轮在轮轨载荷作用下的应力状态。基于标准AAR S-669,采用Sines多轴疲劳强度评估准则探究不同轮辋厚度、不同辐板类型、不同站间距和不同制动初速度对车轮辐板疲劳强度的影响。结果表明在多种载荷共同作用下,(1)磨耗到限车轮更易产生疲劳破坏。(2)S形辐板较直辐板和波形辐板的综合抗疲劳性能最优。(3)站间距越小其最高温度和最大径向应力越大且其增幅越大。(4)制动初速度越大其最高温度和最大径向应力越大但其增幅越小。
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