基于ANSYS车轮——钢轨接头夹板接触三维有限元分析

第43卷第6期 山西建筑Vol.43No.6

2 0 1 7 年 2 月 SHANXI ARCHITECTURE Feb.2017 ?165 ?文章编号：1009-6825 (2017) 06-0165-03

基于ANSYS车轮一钢轨接头夹板接触三维有限元分析

王伟1祝巍2柴成源3

(1.江西现代职业技术学院建筑工程学院，江西南昌330095 ;

2.南昌市国土资源局，江西南昌330038;

3.中铁建设集团有限公司，北京100040)

摘要:利用ANSYS软件，建立了三维模型，研究了车轮经过轨缝时准静载作用下接头夹板的应力分布情况，并探讨了轨缝宽度 对夹板应力分布的影响，为轮轨接头破坏机理及曰后改进方案提供了依据。

关键词:钢轨接头,ANSYS,接触力学，应力

中图分类号:11270.11 文献标识码:A

〇引言

钢轨接头、小半径曲线和道岔是铁路线路的三大薄弱环节，其中钢轨接头处是由夹板和螺栓连接的，这种结构连接在一定 程度上破坏了钢轨的连续性，虽然目前已经有很多线路采用焊接技术对接头进行无缝处理，保证其连续性，但我国目前大多数的还都是接头类型。文献表明，当车轮滚到接头时，在这 种冲击作用下会产生附加动荷载，这些附加动荷载可达到正常轮载的2倍~3倍，严重时可达4倍~5倍，因此接头处的破 环比其他部分更加可能发生和严重[1],所以对钢轨接头进行研究是必要的。

尽管对轮轨的研究已经有很多，接头部分的也不少，但受当 时条件的限制，计算模型简化较多，离真实情况还有一定差距。随着计算机及数值计算方法的发展，特别是商业软件ANSYS功 能的相对壮大，在其他领域已经得到应用，模拟结果与实验值比 较，误差在许可范围内，效果很不错,所以本文利用ANSYS来模 拟车轮一钢轨接头的接触行为，建立接近真实的三维有限元模型 进行准静载作用下的应力分布研究，以及探讨其影响因素，为车 轮、钢轨和接头连接件的制造、性能的改进、耐久性的提高提供有 效的依据。

SO-S 9-O-S9-O-S SO-S 9-O-S SO-S 9-O-S9-O-S SO-S 9-O-S9-O-S SO-S 9-O-S SO-S 9-O-S9-O-S

(车货总重为55 t)在连续长大下坡路段的行驶状态进行仿真分 析。基于TmckSim的车辆动力学仿真分析结果，考虑货车下坡过 程中淋水导致的路面湿滑、强降雨、冰雪等不利条件，对于小客车 的安全行驶速度为40 km/h,对于55 t半挂货车的安全行驶速度 为 30 km/h。

3结语

山岭区公路设计，在走廊带唯一或特殊地形、地质条件下，路 线方案设计更具有挑战性，该项目地形极为特殊,山体自然坡面 接近垂直，且高度超过100 m,坡面为多年自然形成，大开挖极易1三维有限元模型

轨道上钢轨与钢轨之间用夹板与螺栓连接，形成钢轨接头，是轨道结构薄弱环节之一。其中夹板的作用是夹紧钢轨，在竖直 荷载作用下，具有较大的抵抗弯矩和横向位移的能力。夹板上下 两面的斜坡，能锲人轨腰空间，但不贴住轨腰，当夹板稍有磨耗，以致连接松弛时，仍可以重新旋紧螺栓，保持接头连接的牢固。夹板一般常用形式是双头对称式，本文也将选用此为研究对象。每个夹板上有6个螺栓孔，圆形与长圆形孔相间布置，圆形螺栓 孔的直径略大于螺栓直径[2]。

由于实际钢轨比较长(25 m)，考虑了计算机计算速度、夹板 长度及研究方向，根据圣维南原理，取距离轨缝两侧450 mm长 的钢轨作为研究对象。钢轨接头计算模型取60 kg/m的钢轨，在ANSYS中，由低级到高级，从点、线、面到体，建立钢轨接头的 三维模型，并采用拉伸技术形成实体模型。用实体Sdid92-10节 点实体单元划分网格M。设置两个接触对，车轮与钢轨、钢轨与 夹板，夹板与螺栓进行耦合处理,摩擦系数均为〇.3。为了简化 计算，本模型在钢轨底面进行约束，车轮两侧沿方向的约束。在钢轨中心线对应的轮心轴下节点处施加y负方向的80 000 N 准静载。

文中取60 kg/m的钢轨，轨缝初值8 mm,轮对采用KKD客车S O-S 9-O-S 9-O-S S O-S 9-O-S 9-O-S S O-S 9-O-S S O-S 9-O-S 9-O-S S O-S 9-O-S 9-O-S S O-S 9-O-S 9-O-S S O-S 9-C

引起新的地质灾害，且工程量巨大，选线时进行了大量的方案比 选，长隧道、高架桥等方案都作了相关的尝试，但该项目地形为单 一的长下坡，隧道、桥梁仍解决不了整体问题，故最终仍确定为沿 山坡、沿沟展线方案。

参考文献：

[1] JTGD20—2006,公路路线设计规范[S].

[2]张雨化.道路勘测设计[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]北京中交华安科技有限公司.国道207新房洼至省界瓶颈

路段改造工程运营安全评价[Z].

On design for curved roads in mountainous areas

Chang Dongsheng

(Shanxi Luheng Traffic Survey and Design Consultant Co., Ltd, Taiyuan 030006, China)

Abstract：Taking the section between Jincheng and Jiyuan along No. 207 national road as the example, the paper introduces the route design scheme for the curved roads in mountain roads, and checks the design results for the route from the checking of the visual distance, analysis of the continuous slopes, and stability analysis of the vehicle, so as to provide some ideas for similar engineering design.

Key words：road, route design, lane, simulation analysis

收稿日期=2016-12-20

作者简介:王伟（1990-),男，助教