基于有限元法的钢轨硌伤模拟及其应力状态研究

作者：罗易飞; 周韶博; 赵鑫; 周志军; 范伟; 温泽峰^*

来源：铁道学报, 2023, 45(04): 102-110.

• 钢轨硌伤
• 显式有限元
• von Mises等效应力
• 等效塑性应变
• 非对称化

为研究诱发局部滚动接触疲劳的钢轨硌伤现象，需精确模拟其应力应变场。基于显式有限元法建立钢轨动态硌伤有限元时域分析模型，考虑车轮滚滑、真实接触几何、率相关弹塑性本构等因素，轮-轨-异物间瞬态接触采用基于罚函数的“面-面”接触算法求解。针对摩擦系数为0.3,车轮运行速度为300 km/h,直径4 mm的刚性球形异物造成的硌伤进行模拟。结果表明：模型能捕捉到异物在硌伤过程中的复杂空间运动轨迹，以及连续体振动造成的应力波动；硌伤几何、残余应力、应变场具有明显的空间非对称性；车速从100 km/h增加至350 km/h,硌伤坑变浅，表层残余应力、等效塑性应变在200 km/h时出现极值；摩擦系数由0.5降至0.1,硌伤截面形状、残余应力应变非对称化加剧。

• 单位
  牵引动力国家重点实验室; 西南交通大学; 中国铁道科学研究院集团有限公司