• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2017, Vol. 53 ›› Issue (22): 134-142.doi: 10.3901/JME.2017.22.134

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基于不同微观固体接触模型的轮轨表面变形特性分析

吴涛1, 吴兵1,2, 温泽峰1, 金学松1   

  1. 1. 西南交通大学牵引动力国家重点实验室 成都 610031;
    2. 苏州大学城市轨道交通学院 苏州 215131
  • 收稿日期:2016-10-31 修回日期:2017-05-08 出版日期:2017-11-20 发布日期:2017-11-20
  • 作者简介:吴涛,男,1991年出生。主要从事为轮轨接触粘着研究。E-mail:cxrxwt@163.com;吴兵,男,1987年出生,博士研究生。主要从事轮轨粘着研究。E-mail:jiaoda-wubing@163.com;温泽峰,男,1976年出生,研究员,博士,博士研究生导师。主要从事车辆轨道结构强度、滚动接触力学研究。E-mail:zfwen@swjtu.cn;金学松,男,1956年出生,教授,博士,博士研究生导师。主要从事轮轨关系研究。E-mail:xsjin@home.swjtu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(51605318)、中国铁路总公司科技研究开发计划(2016G008-C)和江苏省高校自然科学基金(16KJB580008)资助项目。

Analysis of the Wheel/rail Surfaces Deformation Characteristics Based on Different Micro-contact Models

WU Tao1, WU Bing1,2, WEN Zefeng1, JIN Xuesong1   

  1. 1. State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031;
    2. School of Urban Rail Transportation, Soochow University, Suzhou 215131
  • Received:2016-10-31 Revised:2017-05-08 Online:2017-11-20 Published:2017-11-20

摘要: 针对轮轨表面接触变形问题,采用不同的统计型微观固体接触模型,即Greenwood-Williamson (GW)模型,Chang-Etsion-Bogy (CEB)模型和Zhao-Maietta-Chang (ZMC)模型,研究轮轨接触表面变形特性。利用Newton-Raphson方法对微观固体接触模型公式进行求解,并同时求解间隙方程和载荷平衡方程。考虑不同粗糙度和不同塑性指数下各微观固体接触模型的压力分布情况,以及接触半径随载荷的变化情况。并将不同微观固体接触模型的结果和Hertz模型结果对比,结果表明弹塑性微观接触模型(CEB,ZMC)比弹性模型(GW)有着更小的接触压力以及更宽的接触半径,最大压力均小于最大Hertz接触压力,接触半径均大于Hertz接触半径。

关键词: Newton-Raphson方法, 粗糙度, 接触半径, 接触压力, 轮轨接触, 微观固体接触模型

Abstract: In view of the wheel/rail contact surfaces deformation, based on the different statistical micro-contact models including Greenwood-Williamson(GW) model, Chang-Etsion-Bogy (CEB) model and Zhao-Maietta-Chang (ZMC) model, a wheel/rail line-contact model under dry condition is used to predict the characteristics of the wheel/rail surfaces deformation of different micro-contact models. And the formulas of micro-contact models are solved by using the Newton-Raphson method, separation formulas and force balance equation simultaneously, which obtains the pressure distribution and the contact width of different micro-contact models under the different roughness and plasticity index. Comparison of the different contact models shows that the use of elastic-plastic micro-contact models (CEB, ZMC) predict a lower maximum normal pressure and a greater contact width to the elastic model (GW). The max contact pressure of the three models is smaller than max Hertz contact pressure and the contact width is a wider range.

Key words: contact pressure, contact width, micro-contact model, Newton-Raphson method, roughness, the wheel/rail contact

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