铁路新型钢轨接头有限元分析与实验研究

摘要

本文对普通钢轨接头及三种新型钢轨接头进行了现场测试，并用大型有限元软件ANSYS进行了计算。 实测各项应力指标均未超过其允许值，并有足够的安全储备。在同一接头位置，三种新型钢轨接头实测夹板上缘动弯应力和下缘动弯应力均大于普通接头，三种新型钢轨夹板之间也有一定的差别。在同一接头位置，三种新型钢轨接头实测夹板水平中性轴处剪应力均小于普通接头，三种新型钢轨接头之间差别不大。 本文利用有限元软件ANSYS建立了钢轨接头实体模型，并对接头在一定受力条件下的应力分布情况进行了分析。现有文献表明，由于接头各部件的受力边界条件复杂，因此这类分析的误差较大。本文建立了将钢轨、接头、车轮结合在一起的实体接头模型，避免了复杂的边界条件，使得计算的准确性大大提高。 在进行有限元计算之前，先进行了计算跨度演算，证明了当计算跨度大于七时钢轨两端加以固定的位移约束，相当于无限长轨，从而不影响接头中部的计算结果。利用建立的实体模型，对普通钢轨接头和新型钢轨接头进行了计算，得出了夹板中部轨缝处最大应力应在与钢轨接触所在表面。该位置为钢轨接头的薄弱环节。 对新型接头轨缝变化受力情况进行了分析，证明轨缝越小钢轨接头受力情况越好。利用新型接头模型计算了，正常轨缝和列车高速行驶条件下新型钢轨接头的应力状态，证明其达到使用要求，并有一定的安全储备。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2钢轨接头的研究现状

1.3钢轨接头概述

1.3.1钢轨接头形式

1.3.2钢轨接头构造

1.3.3钢轨接头轨缝

1.3.4钢轨接头病害

1.4本文主要研究工作

第二章有限元与分析软件ANSYS简介

2.1有限元法

2.1.1有限元软件的发展

2.1.2有限元法基本构成

2.1.3有限元法分析过程

2.2有限元分析软件ANSYS

2.2.1 ANSYS特点及应用领域

2.2.2 ANSYS软件分析过程

第三章四种钢轨接头现场测试

3.1试验目的

3.2试验概况

3.2.1线路状况

3.2.2运行条件

3.3测试内容、测试方法、测点布置及仪器设备

3.3.1测试内容

3.3.2测试方法

3.3.3测点布置

3.3.4仪器设备

3.4测试结果

3.4.1测试信号及读取

3.4.2夹板上缘动弯应力测试结果及分析

3.4.3夹板水平中性轴处剪应力测试结果

3.4.4夹板下缘动弯应力测试结果及分析

3.5测试结论

第四章分析模型的建立

4.1普通钢轨接头模型的建立

4.1.1单元的选择

4.1.2实体模型的建立

4.1.3网格的划分

4.2模型的演算及跨度的确定

4.2.1模型约束条件

4.2.2模型试算

4.2.3计算跨度的确定

4.3其他三种接头模型的确定

第五章模型计算与分析

5.1模型边界条件计算

5.1.1轨道结构静力计算简介

5.1.2钢轨弹性支座刚度

5.1.3动载荷大小的确定

5.1.4螺栓拉力计算

5.1.5接头冲击载荷

5.2计算参数

5.3接头模型计算

5.3.1普通接头模型计算

5.3.2新型接头模型计算

5.3.3轨缝对新型接头应力和位移的影响

5.3.4新型接头在列车正常行驶情况下的应力计算

第六章结论与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文