【摘 要】
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近年来,我国铁路不断向重载化的方向发展,车轮磨损和疲劳损伤问题也日益严重。列车大长下坡路段周期制动过程,闸瓦、车轮相互摩擦导致车轮温度不断波动,车轮材料属性随温度发生变化,在钢轨和闸瓦交变载荷的共同作用下,车轮极易发生疲劳损伤。另外,钢轨、闸瓦对车轮踏面磨损存在竞争关系,影响车轮踏面的形貌。为预测列车大长下坡周期制动过程车轮踏面的疲劳寿命,利用高温蠕变试验机测得不同温度下CL60钢材料的力学属性,
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近年来,我国铁路不断向重载化的方向发展,车轮磨损和疲劳损伤问题也日益严重。列车大长下坡路段周期制动过程,闸瓦、车轮相互摩擦导致车轮温度不断波动,车轮材料属性随温度发生变化,在钢轨和闸瓦交变载荷的共同作用下,车轮极易发生疲劳损伤。另外,钢轨、闸瓦对车轮踏面磨损存在竞争关系,影响车轮踏面的形貌。为预测列车大长下坡周期制动过程车轮踏面的疲劳寿命,利用高温蠕变试验机测得不同温度下CL60钢材料的力学属性,在Abaqus中建立车轮有限元模型并设置材料属性,根据功能转换关系和Hertz理论计算得到不同制动工况下闸瓦、钢轨对车轮的载荷作用和热流作用,并考虑对流换热、轮轨接触传热和热辐射等传热属性,利用Fortran语言对Abaqus子程序进行二次开发对车轮施加载荷作用和传热属性,仿真得到了制动过程车轮踏面温度场、应力场和应变场分布。结合仿真结果数据,在Python开发环境中采用雨流计数法将随机的载荷谱块划分为多种典型载荷谱块并对每种典型载荷进行计数,利用局部应力-应变法计算得到每种典型载荷谱块单独作用下车轮的疲劳寿命,根据疲劳损伤累积理论得到整个周期制动过程车轮的疲劳寿命。建立车轮-轨头-闸瓦有限元模型,在闸瓦和轨头模型上施加载荷作用,基于UM软件Fastsim理论对轮轨间的蠕滑区和黏着区进行划分,并计算纵横向蠕滑率及自旋转蠕滑率,将温度对硬度的影响考虑到Archard磨损模型中得到闸瓦、钢轨对踏面磨损的理论模型,利用Fortran语言对Umeshmotion子程序进行二次开发计算得到踏面的磨损深度,结合ALE网格技术对磨损节点进行偏移,分析得到钢轨和闸瓦对踏面的磨损竞争关系以及磨损后车轮踏面的形貌。
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