【摘 要】
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轮轨滚动接触是一个高度非线性的问题,一直以来都是铁路系统的研究难题,同时也是轮轨系统问题研究的基础。本文采用向量式有限元(V-5)求解二维轮轨接触问题,旨在将该理论引进
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轮轨滚动接触是一个高度非线性的问题,一直以来都是铁路系统的研究难题,同时也是轮轨系统问题研究的基础。本文采用向量式有限元(V-5)求解二维轮轨接触问题,旨在将该理论引进于轮轨接触问题的研究,为轮轨滚动接触问题的解决探索新的途径。本文首先论述了接触算法以及向量式有限元的研究现状。随后,根据V-5理论推导质点控制方程。利用V-5联合间隙单元法(V-5-gap)编程求解二维轮轨静态接触问题；采用罚函数法作为滚动接触算法,编写嵌入V-5的接触模块,用于求解二维轮轨滚动接触问题。阐述了静态接触模型,研究了间隙单元的弹性模量以及变形量在迭代过程中的变化规律,得知阻尼因子对静态接触的计算效率有影响。为了验证模型的正确性,将数值解与ABAQUS计算结果以及Hertz理论解进行对比,发现三者计算得到的最大法向压力以及接触斑宽度比较吻合。建立了滚动接触模型,其中利用罚函数法进行求解,验证了模型的正确性,把轴重为10t,滚动速度为160km/h的计算结果与Hertz理论解进行对比；发现滚动接触压力分布与Hertz法向压力分布吻合较好。然后分析了速度对滚动接触的影响,随着车轮滚动速度的增加,轮轨Von-Mises等效应力有缓慢增大的趋势；接触区前沿接触压力有微量增大,接触区后端接触压力有微弱减小,并讨论了产生该现象的原因。同时,随着轴重的增加,最大接触压力以及接触斑宽度都有一定增加。
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