速度400km/h轮对初始旋转惯性对滚动接触有限元模型的影响

摘要：

基于显式动力学有限元方法所建立的三维轮轨滚动接触模型是研究高速铁路轮轨相互作用的有效工具.该模型既考虑轮轨的真实几何形状(包括不平顺)和材料非线性,又详细考虑轮轨间的几何接触关系和轮轨系统的纵向动力学性能,得到广泛的应用.在具体实现模型仿真时,采用隐式-显式相结合的办法.传统的做法是,隐式计算时不考虑车轮的旋转,只考虑重力作用下的静态位移场,然后将得到的静态结果作为显式计算的初始条件,同时对车轮施加前进速度和转动角速度以及转矩等条件,求解轮轨的相互作用.大量文献表明,用这种做法来启动显式动力学求解,会产生剧烈的初始瞬态响应,导致求解时间过长,甚至不收敛,尤其在速度高达400 km/h时.基于此,对上述模型进行了改进,在进行隐式计算时,首先考虑车轮的旋转,得到车轮在离心力作用下的位移,在此基础上再考虑车轮受重力作用与钢轨发生接触,得到接触斑、法向接触应力以及车轮的应力应变等,然后将更新后的结果作为显式计算的初始条件进行显式动力学求解.算例表明:改进后的模型可大大减小初始瞬态响应,减少有限元节点和网格数,从而加快计算的收敛过程,提高计算效率;轮轨力频谱存在无衰减频带,在该频带内轮轨力随着模型长度的增加几乎不衰减,传统方法难以通过增加求解区的方式得到稳态轮轨力.

关键词：隐式-显式有限元法、三维滚动接触模型、轮轨相互作用、速度400 km/h

所属期刊栏目：45

分类号：U211.5(铁路线路工程)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：126-133