ABAQUS轮轴压装法模拟计算
ABAQUS轮轴压装法模拟计算
1 绪论
1.1 选题背景和意义
1.1.1 课题的目的和意义
轮对是机车车辆最重要的部件之一，轴毂间配合的接触压力，不仅是研究微动损伤的重要参数,而且也是保证轮轴间扭矩的传递、抵抗轮轴相对运动的重要因素。因此，需要对轮轴配合部位的宏观接触应力状态进行研究,为校核零件强度计算联接传动能力提供依据。应用ABAQUS强大的后置处理功能对轮轴过盈联接后应力的分布，变形的范围，装配时材料的应力变化进行直观的分析，具有十分重要的工程意义 。通过这个设计，使学生熟练应用以前学到的专业课程知识，掌握目前常用的CAE技术，为工作以后的独立分析问题打下基础。
铁路车辆的轮对是采用过盈配合的方式组装的，过盈配合面上产生的微动磨蚀对轮座的疲劳强度影响很大。有关资料表明，微动磨蚀将减小轮座部位30％到50％的疲劳极限，该部位产生的微动损伤对车轴的安全性起着决定性的作用，但轮轴配合处的应力大小及分布情况却无法实测得到。不同的过盈配合方式在车轴轮座产生的应力对车轴会有多大影响，也是我们所关心的问题。
利用abaqus有限元分析轮轴过盈配合面的力学问题，得出受力数据，通过受力云图直观的反应受力情况。能为轮对的设计提供有力的产考依据。
1.1.2 发展情况
当前我国正处于经济建设飞速发展的阶段，铁路作为整个国民经济的大动脉，担负着货运和客运两大重要任务。自1997年至今，我国的主要干线铁路经历了六次大提速，提速的范围基本覆盖了全国较大的城市和大部分地区，再加上已运营的广深准高速线和秦沈客运专线,形成了以北京、上海、武汉和广州为中心的三个提速圈，提速总里程达1.4万公里，提速干线部分区段的动车组运行速度己经达到了25okm/h。
磁悬浮列车的出现对于轨道运输具有重大的意义，以其高速、更安全、节能显著、爬坡能力强、无噪声污染等特点对未来铁路的发展产生了重大的影响。但由于磁悬浮铁路造价高、技术尚不完善，更重要的是与既有铁路网不兼容，在我国长距离、大范围修建还不现实，轮轨高速铁路还将在相当长的一段时间内，在我国的铁路运输中起主导的作用。
由于国民经济的快速发展，我国的运输能力远远不能满足要求。在我国发展高速重载货物运输，是铁路现代化的需求和重点，主要目的就是提高货物列车重量，增强货物输送能力，以提高线路通过能力，缓解目前我国铁路运输能力紧张的状况。我国大秦线已开行了l0000t重载列车，2004年运能已提高到1.5亿。到2020年，全国铁路网基本建成，营运里程将达到10万公里以上，客运专线、高速铁路将达到10000公里，城市轨道交通将达到4000公里左右。
1.1.3 目前的问题
高速铁路无疑为铁路运输带来新的生机，但随着铁路运行速度的日益提高以及运载重量的不断增加，轮轨之间的相互动力作用也会急剧增加。强烈的轮轨作用力不仅会严重影响列车运行的平稳性和安全性，还会导致列车零部件在强动载荷作用下发生变形甚至破坏，并会导致轨道变形加速、部件损伤加快、轨道稳定性降低等。这些问题是对传统轮轨系统的严峻考验和挑战，轮轨磨损、疲劳等造成的严重缺陷引起了各国铁路运输部门的高度重视。
我国铁路正朝着高速、重载方向发展，由于列车速度的提高、轴重的增大，使得作为轨道车辆重要承载部件的轮对所承受的载荷状况越来越恶劣。以车轮为例，据统计我国车轮失效概率约为2‰，考虑到全国有几百万个车轮投入运行，其失效的绝对值大得惊人，如不能及时发现失效车轮就会酿成重大事故。因此,为保证列车的安全运行，降低铁路营运成本，必须准确了解不同工况条件下车轮和车轴的应力场分布情况，进行安全性、可靠性设计，从而准确地预测轮对的疲劳寿命，及时更换或维修，以防止事故的发生。
1.1.4 国内外现状
轮轴是铁道机车车辆走行部位的重要部件，它的优劣直接关系到行车安全和运输效率的提高，而且由于其数量多，涉及面广，它的任何改动都将涉及大量的人力、物力和财力，因此对轮轴技术的改进一直持较为慎重的态度。实践证明，安全、高效的轮轴技术，将为铁路运输实现安全!高效提供可靠保证、而铁路运输的发展，将不仅为轮轴技术发展提供巨大的动力，同时也为相关产业尤其是高科技的应用开辟广阔的市场。
我国铁路有7.5万公里,其中重载铁路线1200多公里,准高速线700多公里, 约占6.25%,完成了将近全世界铁路总运量的1/4, 运输密度为世界之最。
国外所有铁路营运总里程约112.5万公里，铁路运输的发展具体表现在不断向高速、重载、大运量和高密度方向发展。货运重载化和快捷化是世界铁路运输两次大的战略调整,在巩固和扩大铁路市场份额中显示出强大的生命力。
1.2 机体轮对的组成及作用
1.2.1 机车轮对的组成
轮对是机车车辆走行部中重要而关键的部件之一，也是跟轨道直接接触的部件，它几乎承受着机车的全部重量和载荷，其动力学性能的优劣在整个车辆轨道大系统中，具有十分重要的地位。
轮对是机车车辆上与钢轨相接触的部分，它在铁道线路上运行时承受着由车辆传到轨道上的以及由轨道作用在车辆上的所有载荷。
列车在线路上能否安全运行在很大程度上取决于轮对的结构、材质、制造和修理工艺，同时还取决于轮对的检验质量。轮对的结构和状态影响着车辆运行的平稳性、车辆与线路之间的相互作用力以及车辆的运行阻力。
轮对由车轴和两个固接在车轴上的车轮所组成，如图1一1所示：
图1-1轮对模型
而车轮是铁道车辆所有零件中最基本的零件，它不仅要承受轮轨之间垂直、横向动作用力和摩擦力，而且还要承受踏面制动时的热负荷。车轮具有载重、导向、传递制动力和牵引力的功能，其运用条件十分恶劣，经常发生擦伤、剥离、热裂和疲劳损坏等情况。车轮的好坏对行车安全具有十分重大的影响。车轮模型下图1-2：
1 绪论
1.1 选题背景和意义
1.1.1 课题的目的和意义
轮对是机车车辆最重要的部件之一，轴毂间配合的接触压力，不仅是研究微动损伤的重要参数,而且也是保证轮轴间扭矩的传递、抵抗轮轴相对运动的重要因素。因此，需要对轮轴配合部位的宏观接触应力状态进行研究,为校核零件强度计算联接传动能力提供依据。应用ABAQUS强大的后置处理功能对轮轴过盈联接后应力的分布，变形的范围，装配时材料的应力变化进行直观的分析，具有十分重要的工程意义 。通过这个设计，使学生熟练应用以前学到的专业课程知识，掌握目前常用的CAE技术，为工作以后的独立分析问题打下基础。
铁路车辆的轮对是采用过盈配合的方式组装的，过盈配合面上产生的微动磨蚀对轮座的疲劳强度影响很大。有关资料表明，微动磨蚀将减小轮座部位30％到50％的疲劳极限，该部位产生的微动损伤对车轴的安全性起着决定性的作用，但轮轴配合处的应力大小及分布情况却无法实测得到。不同的过盈配合方式在车轴轮座产生的应力对车轴会有多大影响，也是我们所关心的问题。
利用abaqus有限元分析轮轴过盈配合面的力学问题，得出受力数据，通过受力云图直观的反应受力情况。能为轮对的设计提供有力的产考依据。
1.1.2 发展情况
当前我国正处于经济建设飞速发展的阶段，铁路作为整个国民经济的大动脉，担负着货运和客运两大重要任务。自1997年至今，我国的主要干线铁路经历了六次大提速，提速的范围基本覆盖了全国较大的城市和大部分地区，再加上已运营的广深准高速线和秦沈客运专线,形成了以北京、上海、武汉和广州为中心的三个提速圈，提速总里程达1.4万公里，提速干线部分区段的动车组运行速度己经达到了25okm/h。
磁悬浮列车的出现对于轨道运输具有重大的意义，以其高速、更安全、节能显著、爬坡能力强、无噪声污染等特点对未来铁路的发展产生了重大的影响。但由于磁悬浮铁路造价高、技术尚不完善，更重要的是与既有铁路网不兼容，在我国长距离、大范围修建还不现实，轮轨高速铁路还将在相当长的一段时间内，在我国的铁路运输中起主导的作用。
由于国民经济的快速发展，我国的运输能力远远不能满足要求。在我国发展高速重载货物运输，是铁路现代化的需求和重点，主要目的就是提高货物列车重量，增强货物输送能力，以提高线路通过能力，缓解目前我国铁路运输能力紧张的状况。我国大秦线已开行了l0000t重载列车，2004年运能已提高到1.5亿。到2020年，全国铁路网基本建成，营运里程将达到10万公里以上，客运专线、高速铁路将达到10000公里，城市轨道交通将达到4000公里左右。
1.1.3 目前的问题
高速铁路无疑为铁路运输带来新的生机，但随着铁路运行速度的日益提高以及运载重量的不断增加，轮轨之间的相互动力作用也会急剧增加。强烈的轮轨作用力不仅会严重影响列车运行的平稳性和安全性，还会导致列车零部件在强动载荷作用下发生变形甚至破坏，并会导致轨道变形加速、部件损伤加快、轨道稳定性降低等。这些问题是对传统轮轨系统的严峻考验和挑战，轮轨磨损、疲劳等造成的严重缺陷引起了各国铁路运输部门的高度重视。
我国铁路正朝着高速、重载方向发展，由于列车速度的提高、轴重的增大，使得作为轨道车辆重要承载部件的轮对所承受的载荷状况越来越恶劣。以车轮为例，据统计我国车轮失效概率约为2‰，考虑到全国有几百万个车轮投入运行，其失效的绝对值大得惊人，如不能及时发现失效车轮就会酿成重大事故。因此,为保证列车的安全运行，降低铁路营运成本，必须准确了解不同工况条件下车轮和车轴的应力场分布情况，进行安全性、可靠性设计，从而准确地预测轮对的疲劳寿命，及时更换或维修，以防止事故的发生。
1.1.4 国内外现状
轮轴是铁道机车车辆走行部位的重要部件，它的优劣直接关系到行车安全和运输效率的提高，而且由于其数量多，涉及面广，它的任何改动都将涉及大量的人力、物力和财力，因此对轮轴技术的改进一直持较为慎重的态度。实践证明，安全、高效的轮轴技术，将为铁路运输实现安全!高效提供可靠保证、而铁路运输的发展，将不仅为轮轴技术发展提供巨大的动力，同时也为相关产业尤其是高科技的应用开辟广阔的市场。
我国铁路有7.5万公里,其中重载铁路线1200多公里,准高速线700多公里, 约占6.25%,完成了将近全世界铁路总运量的1/4, 运输密度为世界之最。
国外所有铁路营运总里程约112.5万公里，铁路运输的发展具体表现在不断向高速、重载、大运量和高密度方向发展。货运重载化和快捷化是世界铁路运输两次大的战略调整,在巩固和扩大铁路市场份额中显示出强大的生命力。
1.2 机体轮对的组成及作用
1.2.1 机车轮对的组成
轮对是机车车辆走行部中重要而关键的部件之一，也是跟轨道直接接触的部件，它几乎承受着机车的全部重量和载荷，其动力学性能的优劣在整个车辆轨道大系统中，具有十分重要的地位。
轮对是机车车辆上与钢轨相接触的部分，它在铁道线路上运行时承受着由车辆传到轨道上的以及由轨道作用在车辆上的所有载荷。
列车在线路上能否安全运行在很大程度上取决于轮对的结构、材质、制造和修理工艺，同时还取决于轮对的检验质量。轮对的结构和状态影响着车辆运行的平稳性、车辆与线路之间的相互作用力以及车辆的运行阻力。
轮对由车轴和两个固接在车轴上的车轮所组成，如图1一1所示：
图1-1轮对模型
而车轮是铁道车辆所有零件中最基本的零件，它不仅要承受轮轨之间垂直、横向动作用力和摩擦力，而且还要承受踏面制动时的热负荷。车轮具有载重、导向、传递制动力和牵引力的功能，其运用条件十分恶劣，经常发生擦伤、剥离、热裂和疲劳损坏等情况。车轮的好坏对行车安全具有十分重大的影响。车轮模型下图1-2：
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