• ISSN 0258-2724
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高速铁路无缝钢轨断缝瞬态冲击行为分析

徐井芒 王凯 高原 马前涛 董志国 刘奕斌 王平

徐井芒, 王凯, 高原, 马前涛, 董志国, 刘奕斌, 王平. 高速铁路无缝钢轨断缝瞬态冲击行为分析[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(6): 1348-1354. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190312
引用本文: 徐井芒, 王凯, 高原, 马前涛, 董志国, 刘奕斌, 王平. 高速铁路无缝钢轨断缝瞬态冲击行为分析[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(6): 1348-1354. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190312
XU Jingmang, WANG Kai, GAO Yuan, MA Qiantao, DONG Zhiguo, LIU Yibin, WANG Ping. Transient Impact Behavior Analysis of Rail Broken Gap on High-Speed Continuous Welded Rail[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(6): 1348-1354. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190312
Citation: XU Jingmang, WANG Kai, GAO Yuan, MA Qiantao, DONG Zhiguo, LIU Yibin, WANG Ping. Transient Impact Behavior Analysis of Rail Broken Gap on High-Speed Continuous Welded Rail[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(6): 1348-1354. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190312

高速铁路无缝钢轨断缝瞬态冲击行为分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190312
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金(2682018CX01);中国科协青年人才托举工程(2018QNRC001);国家自然科学基金杰出青年科学基金(51425804)
详细信息
    作者简介:

    徐井芒(1987—),男,副教授,博士,研究方向为高速重载城市轨道交通轨道动力学,E-mail:mang080887@163.com

  • 中图分类号: U213.6

Transient Impact Behavior Analysis of Rail Broken Gap on High-Speed Continuous Welded Rail

  • 摘要: 无缝线路钢轨焊缝及其热影响区在温度力作用下可能发生钢轨折断形成断缝. 为了研究钢轨折断对列车运营安全的影响,对轮轨接触受力特性及其材料高频动态响应进行了分析. 首先,建立了ANSYS/LSDYNA三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型;然后,根据不同速度轮轨力时域响应规律,选择了合适的模型计算工况,并且通过计算轮轨接触受力特性和材料高频动态响应,分析了车轮跨越断缝的安全问题;最后,通过小波变换获取了车轮跨越断缝时轮轨力的频域分布. 结果表明:断缝处轮轨高频冲击力峰值随断缝长度变化先减小后增大,转折点处断缝长度与行车速度负相关;车轮通过断缝时,钢轨最大剪切应力超过材料破坏极限,易导致钢轨材料脆断;轮轨力时频图中存在两个特殊频率成分,分别对应高频冲击荷载(1 500 Hz左右)及二次冲击荷载(450 Hz左右),断缝长度对轮轨力频域分布影响较小.

     

  • 图 1  某高速铁路钢轨断缝

    Figure 1.  High-speed rail fracture

    图 2  三维轮轨瞬态滚动有限元模型

    Figure 2.  Three-dimensional finite element model of wheel-rail transient rolling

    图 3  车轮以不同速度通过断缝时的轮轨力时域响应

    Figure 3.  Time-domain response of wheel-rail force when wheel passes through broken gap at different speeds

    图 4  车轮跨越断缝示意

    Figure 4.  Diagram of wheel crossing the broken gap

    图 5  30 mm断缝竖向轮轨力时程曲线

    Figure 5.  Time-history curve of vertical wheel-rail force with 30 mm broken gap

    图 6  不同断缝长度轮轨竖向力时程曲线

    Figure 6.  Time-history curves of vertical wheel-rail force with different lengths

    图 7  竖向接触力最值随断缝长度变化

    Figure 7.  Curve of maximum vertical contact force varying with gap length

    图 8  不同断缝长度减载率时程曲线

    Figure 8.  Time-history curve of load reduction rate for different gap lengths

    图 9  钢轨拉伸应力应变

    Figure 9.  Tensile stress-strain curve of rail

    图 10  不同断缝长度峰值应力

    Figure 10.  Peak stress diagram for different gap lengths

    图 11  不同断缝长度最大剪切应力云图

    Figure 11.  Maximum shear stress nephogram for different gap lengths

    图 12  不同断缝长度下竖向轮轨力时频图

    Figure 12.  Time-frequency diagram of vertical wheel-rail force under different lengths

    表  1  模型参数

    Table  1.   Model parameters

    簧上质
    量/kg
    车辆一系悬挂簧下质量车轮、钢轨材料橡胶垫
    刚度系数/
    (MN•m−1
    阻尼/
    (kN•s•m−1
    车轮质
    量/kg
    轮对附属部件质量/kg弹性模
    量/GPa
    密度/
    (kg•m−3
    泊松比阻尼常数刚度系数/
    (MN•m−1
    阻尼/
    (kN•s•m−1
    8 0000.8846563402107 7900.310−422.00200
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-04-16
  • 修回日期:  2019-09-12
  • 网络出版日期:  2019-10-24
  • 刊出日期:  2020-12-15

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