大功率机车轮轨接触应力计算分析

周新建,卢 勇,王成国,肖 乾,,张 怀

(1 华东交通大学 载运工具与装备教育部重点实验室,江西南昌330013;2 中国铁道科学研究院 铁道科学技术研究发展中心,北京100081;3 中国科学院 研究生院 计算地球动力学实验室,北京100049)

目前国产大功率机车已批量下线并投入运用,促进了我国民族工业发展,形成了以重点企业为核心、配套企业为骨干、辐射上百家相关企业的国内机辆装备设计制造体系。大功率机车走行部,尤其是车轮这类关键零部件。实现国产化的最重要步骤就是需要对目前大功率机车的现场运行情况有非常清晰地了解,掌握全面的基础数据。轮轨接触应力分析是轮轨接触问题的基础。对于机车车轮来说,必须明确其在不同工况下与钢轨的接触特性,因此,完成大功率机车的轮轨接触应力计算分析就迫在眉睫。

1 轮轨接触的有限元计算模型

1.1 轮轨接触的非线性理论

接触问题通常采用增量方法求解,与一般的非线性问题区别在于每一个增量步中都必须将接触的约束条件作为定解条件和校核条件判断接触状态。也就是说,计算时,首先得到和时间t+Δt位形内平衡条件相等效的虚位移方程,然后在此基础上求得其T.L.或U.L.格式方程,一般式描述如下:

式中M是节点质量矩阵,K为节点刚度矩阵,P为节点载荷矩阵,μ为节点位移,M取零值为静态接触问题。这里需要特别指出的是根据拉格朗日乘子法和罚函数法引入约束条件的不一样,接触问题有限元求解方程的具体形式也有区别。……