面向自适应蠕滑特性的改进FASTSIM算法研究

doi:10.3901/JME.260613

机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (16): 84-94.doi: 10.3901/JME.260613

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面向自适应蠕滑特性的改进FASTSIM算法研究

杨旭^1,2, 文永蓬^1,2, 李益民^1,2, 宗志祥³, 楼博臻^1,2

1. 上海工程技术大学城市轨道交通学院上海 201620;
2. 上海工程技术大学上海市轨道交通振动与噪声控制技术工程研究中心上海 201620;
3. 上海地铁维护保障有限公司车辆分公司上海 200235

收稿日期:2025-08-16 修回日期:2026-02-01 发布日期:2026-10-14
作者简介:杨旭，男，2000年出生。主要研究方向为城市轨道交通轮轨接触计算。E-mail：13141883307@163.com;文永蓬(通信作者)，男，1979年出生，博士，副教授，硕士研究生导师。主要研究方向为城市轨道车辆系统动力学、城市轨道车辆服役性能演化、轮轨系统智能运维。E-mail：yp_wen@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(51701118)、西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室开放课题(TPL2103)、上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室开放基金(R202204)和上海市自然科学基金(15ZR1419200)资助项目。

Research on Improved FASTSIM Algorithm for Adaptive Creepage Characteristics

YANG Xu^1,2, WEN Yongpeng^1,2, LI Yimin^1,2, ZONG Zhixiang³, LOU Bozhen^1,2

1. School of Urban Railway Transportation, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620;
2. Shanghai Engineering Research Centre for Vibration and Noise Control Technologies in Railway Transportation, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620;
3. Vehicle Branch of Shanghai Metro Maintenance and Guarantee Co., Ltd., Shanghai 200235

Received:2025-08-16 Revised:2026-02-01 Published:2026-10-14

摘要/Abstract

摘要： 轨道车辆在服役过程中不可避免地会出现复杂蠕滑状态，FASTSIM算法作为最常用的求解轮轨切向接触的算法，在计算复杂蠕滑状态的轮轨接触时，存在蠕滑自适应能力差、计算精度不足等问题。为了提升FASTSIM算法在仿真计算中的自适应能力以及精确性，针对算法中的两点不足，即柔度系数不能随蠕滑的大小自适应改变问题和接触斑内切向应力呈线性递增问题，提出自适应柔度系数与应力分布的算法，利用FaStrip算法对改进算法的黏滑划分和应力分布进行验证，从而证明算法的有效性和正确性，进一步地指出改进算法在黏滑划分、应力分布以及轮轨切向力计算等方面的优势。研究结果表明：改进算法对复杂蠕滑工况具有较好的适应性，在大小蠕滑工况下均能得到高精度的轮轨切向力，从而使FASTSIM算法具备蠕滑自适应特性；改进算法在计算接触斑内切向应力分布与峰值时，准确率较高且对蠕滑曲线的影响较小，从而提高了FASTSIM算法计算精度。

关键词: 轮轨切向接触算法, FASTSIM, 非Hertz接触, 自适应, 柔度系数, 应力分布

Abstract: During the service life of railway vehicles, complex creepage conditions are inevitable. As the most commonly used algorithm for solving wheel-rail tangential contact problems, the FASTSIM algorithm exhibits poor creepage adaptability, and shows certain limitations such as insufficient computational accuracy under complex creepage conditions. To improve the creepage adaptability and accuracy of FASTSIM in simulation analysis, this study proposes an improved algorithm including adaptive flexibility coefficients and nonlinear stress distribution, addressing two main shortcomings of the original method：the inability of the flexibility coefficient to adapt to varying creepage magnitudes and the assumption of a linear increase in tangential stress within the contact patch. The modified algorithm is validated against the FaStrip models in terms of stick-slip division and stress distribution, confirming its effectiveness and correctness. Furthermore, the advantages of the improved algorithm in stick-slip partitioning, stress distribution, and tangential force calculation are demonstrated. The results show that the improved algorithm exhibits better adaptability to complex creepage conditions, achieving high-accuracy predictions of wheel-rail tangential forces under both small and large creepage, thus enabling the FASTSIM algorithm to have creep adaptive characteristics. Additionally, the improved algorithm achieves higher precision in calculating tangential stress distribution and peak values within the contact patch, while exerting minimal influence on the creepage curve, thereby significantly improving the overall computational accuracy of the FASTSIM algorithm.

Key words: wheel-rail tangential contact algorithm, FASTSIM, non-Hertzian contact, adaptive, flexibility coefficient, stress distribution

中图分类号:

U211

杨旭, 文永蓬, 李益民, 宗志祥, 楼博臻. 面向自适应蠕滑特性的改进FASTSIM算法研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(16): 84-94.

YANG Xu, WEN Yongpeng, LI Yimin, ZONG Zhixiang, LOU Bozhen. Research on Improved FASTSIM Algorithm for Adaptive Creepage Characteristics[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2026, 62(16): 84-94.

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Research on Improved FASTSIM Algorithm for Adaptive Creepage Characteristics

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