Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния железнодорожных колес для оценки их работоспособности

Содержание

• Основные результаты и
• выводы

1. Несмотря на большое внимание, уделяемое железнодорожному колесу, задача его износа является одной из самых актуальных. Для ее решения необходимо наличие методик, позволяющих производить оценку на уровне численных экспериментов. Это требует, в свою очередь, совершенствования методик расчета НДС колеса с учетом контактного взаимодействия его частей и взаимодействия рельсом (особенно для сильно изношенных колес).

2. Разработаны алгоритмы решения объемной контактной задачи на основе метода релаксации.

3. В ходе выполнения работы был доработан программный комплекс ОБМРет, в результате чего оказалось возможным решение таких задач как: нормальная задача контакта многих тел- касательная контактная задача- контактная задача качения тел с произвольными поверхностями.

4. Проведен анализ целесообразности применения квадратичных конечных элементов при решении контактной задачи с использованием метода релаксации. В результате чего можно сделать вывод о неэффективности использования на данном этапе развития компьютерной техники квадратичных объемных конечных элементов при решении контактной задачи на основе релаксационного метода.

5. Разработаны конечноэлементные модели и выполнено определение напряженно-деформированного состояния с учетом многих факторов: посадки колеса на ось, температурного режима, силового нагружения — железнодорожных колес: колеса трамвая-

колеса метро-

колеса тепловоза-

колеса электровоза.

6. Значение коэффициента релаксации сильно влияет на результаты решения касательной контактной задачи и задачи качения, фактически не влияя на результаты решения нормальной задачи.

7. Сделан вывод о том, что фактически при любых эксплуатационных режимах в контакте «ось — колесный центр» имеют место зоны проскальзывания, что приводит к износу и ослаблению прессового соединения. При некоторых сочетания внешних воздействий зона проскальзывания достигает 60% площадки контакта. В гоже время, полное проскальзывание возможно при увеличении нагрузок в 1,2 раза.

8. Для колеса с дифференциальным вращением сделаны

выводы о значительной неравномерности распределения контактных давлений по ширине поверхности контакта- концентрация напряжений на кромках канавок, о влиянии зазора на значения максимальных давлений и длину дуги контакта и о влиянии формы колесного центра на распределение контактных давлений.

9. Проведена оценка усталостной долговечности диска колеса метро на основе результатов, полученных с использования пакета DSMFem.

10.Анализ показал, что при набегании колеса на рельс достаточно часто возникает двухпятновый контакт и появляются пятна контакта, с формой отличной от эллиптической.

11.Разработаны интерполяционные зависимости для параметров контакта на поверхности катания железнодорожных колес различных профилей, полученные на основе серии расчетов. Данные зависимости целесообразно применять в задачах прямого моделирования системы «вагон — путь».

12.Проведена оценка износа колеса в процессе эксплуатации на основе численного эксперимента с использования пакета DSMFem.

13.Полученные результаты были использованы при проектировании колесной пары с дифференциальным вращением.

14.Разработанные методики, алгоритмы и программы могут быть использованы для решения других контактных задач.