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弹性车轮滚动接触行为分析

桑平  
【摘要】:随着城市化的进行城市轨道车辆需求越来越大,随之而来的舒适性、轮轨噪声等问题引起了广泛关注。弹性车轮因轮辋与轮芯之间嵌入了一层橡胶,形成了第三级悬挂,能够有效的降低轮轨作用力,减小轮轨噪声,在国内外很多城市轨道车辆上得到广泛应用。计算机水平的发展使通过显式有限元方法计算轮轨瞬态接触行为提供了条件。本文运用有限元软件对弹性车轮稳态条件下和瞬态条件下的应力与动态响应做了相关规律的探索。主要内容如下:1、基于ANSYS与LS-dyna建立起稳态有限元模型与显式有限元半轮对模型,针对某型压剪复合型弹性车轮紧固螺栓容易发生疲劳失效的原因,通过设计凸台与更新锁紧系统优化了弹性车轮的结构,并确定了各个材料的参数。2、根据相关标准确定了ANSYS稳态有限元模型的载荷条件,对弹性车轮预装应力与静强度进行了计算分析。3、研究了弹性车轮通过钢轨接缝时车轮类型、轨缝长度、运行速度三个参量对车轮运行动力学性能的影响。结果表明弹性车轮能够大幅度减小通过钢轨接缝时的轮轨力,速度和轨缝长度提高的同时轮轨力也增大,其中轨缝长度增大对轮轨力和加速度影响相对更大。4、研究了弹性车轮通过错牙时车轮类型、轨缝长度、运行速度三个参量对车轮运行动力学性能的影响。计算结果表明,错牙高度与轮轨力、加速度、轮辋应力呈正相关关系,随着错牙高度的增加而增大。其中,迎轮错牙相对于顺轮错牙对车轮瞬态响应影响更加明显。弹性车轮能够明显优化轮对的动力学性能,明显减小轮辋处应力值。速度在50km/h到80km/h的区间内轮对动力学响应明显,80km/h~120km/h时,动力学响应较为平稳。相对车轮类型和错牙高度来说影响不大。


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