高速铁路钢轨擦伤形成影响因素

摘要：

基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30℃、轴重16 t、初始速度300 km?h-1、滑滚比30％工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻下钢轨踏面的接触压力、有效塑性应变、温度分布及其变化特征;在此基础上,进一步分析了列车轴重、钢轨踏面状态、列车牵引和制动状态对钢轨踏面最大温升与最大接触压力的影响,并基于钢轨马氏体白蚀层的形成机制讨论了钢轨擦伤的形成机理.研究结果表明:在本文计算工况下,钢轨踏面最大接触压力为1186.43 MPa,出现在接触区中心位置,车轮通过后钢轨内部存在部分残余热应力和机械应力,钢轨最大有效塑性应变为0.0282,最大温升为554.55℃;随着列车轴重从12 t增大至16 t,钢轨最大温升由339.89℃增大至402.79℃;钢轨踏面摩擦因数由0.2增大至0.6时,钢轨最大温升由230.93℃增大至519.25℃;滑滚比由10％增大至40％时,车轮制动和牵引引起的钢轨最大温升分别由264.52℃和362.10℃增大至700.46℃和819.61℃,相同滑滚比条件下,牵引工况引起的钢轨最大温升大于制动工况引起的钢轨最大温升,其中在滑滚比增大至40％时,制动和牵引状态下钢轨踏面最高温度分别为700.46℃和819.61℃,钢轨最大温升均超过相变温度,可导致钢轨踏面产生马氏体白蚀层,从而形成钢轨踏面擦伤.

关键词：高速铁路、钢轨擦伤、力-热耦合、滑滚比、钢轨马氏体、显式动力学

所属期刊栏目：23

分类号：U238(特种铁路)

资助基金：中央高校基本科研业务费专项资金项目;中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-03-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：132-142