【摘 要】
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辙叉是实现列车线路跨越的重要部件,具有结构复杂、受力条件恶劣、易损坏及寿命短等特点。近几年随着我国煤炭及其它资源运输量的增大,重载货车在速度、载重量及运行密度等方面都逐渐被提升,从而导致受力较为恶劣的辙叉部件频繁出现磨损、剥离掉块以及折断等现象,大大缩减了其工作寿命,严重增加了铁路设备的维护成本。在这种趋势下轨道刚度不平顺对辙叉部件工作寿命的影响变得日益突出,因此,为了进一步提高货车的运营效益,在
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辙叉是实现列车线路跨越的重要部件,具有结构复杂、受力条件恶劣、易损坏及寿命短等特点。近几年随着我国煤炭及其它资源运输量的增大,重载货车在速度、载重量及运行密度等方面都逐渐被提升,从而导致受力较为恶劣的辙叉部件频繁出现磨损、剥离掉块以及折断等现象,大大缩减了其工作寿命,严重增加了铁路设备的维护成本。在这种趋势下轨道刚度不平顺对辙叉部件工作寿命的影响变得日益突出,因此,为了进一步提高货车的运营效益,在确保货车安全运行的基础上,研究辙叉区轨道刚度不平顺与轮轨系统动态相互作用的关系、寻找延长辙叉部件工作寿命的途径显得尤为重要。针对大秦线中路桥过渡段辙叉区叉心频繁出现损伤断裂的现象,为减少叉心受损,提高其工作寿命,文章以75 kg/m钢轨12号直线固定辙叉为研究对象,采用SIMPACK-ABAQUS联合建立重载货车-柔性辙叉耦合动力学模型,分析辙叉区轨道刚度不平顺对轮轨系统动力学性能的影响,并对叉心的疲劳损伤进行数值模拟。首先分别从轨下支撑、枕下支撑和道床松散及硬化等角度,利用重载货车-柔性辙叉耦合动力学模型分析不同工况对叉心处轮轨系统动力学性能的影响,并确定叉心表面冲击点的位置;然后利用ABAQUS建立车轮-叉心局部接触模型,对叉心冲击点位置进行准静态接触应力分析,预测不同工况下叉心危险点（接触应力最大点）的裂纹萌生寿命;最后将叉心表面危险点作为裂纹萌生点,模拟二维（XZ平面）叉心表面裂纹的扩展路径,分析不同工况下叉心的疲劳寿命及损伤规律。主要工作如下:（1）综述了车辆-轨道耦合动力学、轨道刚度不平顺和辙叉损伤的研究背景以及研究现状。针对大秦线中路桥过渡段辙叉区叉心频繁出现损伤断裂的现象,提出首先采用SIMPACK-ABAQUS联合仿真得到不同工况下轮轨系统的动力学性能,然后采用车轮-叉心局部接触模型进行准静态接触应力分析并做疲劳损伤模拟的总体思路。（2）根据75 kg/m钢轨轨面、12号辙叉结构尺寸和实测辙叉区特征截面数据,利用ABAQUS建立柔性辙叉模型,结合大秦线重载货车的车辆参数和辙叉区轨下支撑参数,利用SIMPACK建立重载货车-柔性辙叉耦合动力学模型;模拟货车以60 km/h速度通过柔性辙叉,导出相应工况下轮轨相互作用力的结果并与现有研究、文献数据进行对比,确保所建模型的准确性,为后期进行轮轨系统动力学性能分析奠定基础。（3）基于SIMPACK仿真得到各类轨道刚度不平顺工况下轮轨系统的动力学性能。以叉心侧车轮的脱轨系数、轮重减载率、整车倾覆系数、车身振动加速度及车轮与叉心间的相互作用为评定指标,通过对不同工况下的指标数据进行对比分析,从而说明轨道刚度不平顺对货车安全、平稳运行的影响,并将车轮与叉心间的冲击力作为分析叉心表面损伤规律的数据来源。（4）利用ABAQUS建立车轮-叉心局部接触三维模型,改变轨下支撑工况,开展基于动力学模型仿真结果的准静态应力分析,确定叉心表面危险点（接触应力最大点）位置及接触应力值。将不同工况下的应力分析结果进行对比,结合叉心材料应变-寿命（E-N）曲线,对叉心表面危险点进行疲劳裂纹萌生寿命分析。（5）根据叉心表面危险点位置对车轮-叉心局部接触三维模型进行XZ截面提取,将提取后的车轮-叉心局部接触二维模型划分为裂纹区与非裂纹区,在危险点处预制初始裂纹,并依据Paris公式和最大周向正应力准则分析轨道刚度不平顺对裂纹扩展寿命及损伤类型的影响。
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