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钢轨纵向应力分布变化研究

薛松  
【摘要】:近年来,在我国客运专线建设中,采用了大量的无砟轨道结构。虽然高速铁路上发生断轨的概率比普通线路小得多,然而由于钢轨内部本身有可能存在缺陷,当钢轨内部存在拉应力作用时,钢轨内部缺陷不断发展并最终可能导致钢轨断裂,严重影响铁路行车安全。传统的检测手段因为本身的各种缺点而与实际大规模推广应用有一定距离,新型“分布式钢轨应力监测技术及其无线传感网系统研发”通过采用无线传感网技术监测钢轨状态,能够将钢轨的温度及内部应力等信息实时传输到客户手中,帮助客户实时了解掌握钢轨的状态。本文的工作主要是建立无砟轨道三维有限元模型,结合钢轨纵向应力分布实验,研究钢轨断裂前后的纵向应力分布变化的规律。 本文分析了高速铁路无砟轨道的结构及其各组成部分的力学作用,不同于传统有砟轨道,无砟轨道具有更为明确的承力传力路径和传力部件。将作用于钢轨上的各种力分为垂向力、横向力和纵向力,并对引起各种力的原因进行了分析。在此基础上,定性分析钢轨断裂前和断裂后的内部纵向应力分布变化情况。 利用ABAQUS软件建立无砟轨道三维有限元模型,仿真分析钢轨断裂前和钢轨断裂后的内部纵向应力分布变化规律。对无砟轨道模型的计算参数、模型的接触算法以及模型载荷分别进行了介绍,给出了在不同载荷作用下模型的仿真结果。 搭建钢轨纵向应力分布变化实验系统,实验系统主要由钢轨装置、端部固定装置、温度力模拟装置以及传感器系统组成。实验采用预加应力再释放的方法进行钢轨纵向应力分布实验,利用实验结果对有限元模型进行验证。最后,给出了在某段时间内某高速铁路段上钢轨内部纵向应力随温度变化的测量图,利用延长的模型分析了钢轨断裂后纵向应力的分布变化情况。


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