基于显式有限元的曲线轨道轮轨磨耗多参数影响

研究背景与问题

城市轨道交通在快速发展中，曲线段钢轨磨耗问题逐渐凸显，严重影响了列车运行的安全性和轨道使用寿命。针对这一问题，曲线超高、轨底坡等关键参数的优化显得尤为重要。然而，由于轨道轮轨系统的复杂性和动态特性，现有研究多依赖于经验公式或简化模型，难以精确预测和优化钢轨磨耗。因此，有必要开展基于显式有限元方法的多参数影响分析，以解决这一实际问题。

研究方法

本研究采用显式有限元方法构建了三维瞬态轮轨滚振分析模型，并引入多体动力学理论确定轮对初始姿态。通过力锤试验和轮轨力测试，对模型的有效性进行了验证。在模型的基础上，利用Archard磨损模型计算钢轨磨耗深度，实现了对曲线轨道轮轨磨耗的精确模拟。研究过程中，针对曲线超高、轨底坡、列车速度等多个参数进行了系统分析，探究了其对钢轨磨耗的影响规律。

核心结果

研究发现，曲线超高和轨底坡对钢轨磨耗具有显著影响。在一定范围内，增加曲线超高和轨底坡可以有效降低钢轨磨耗。此外，列车速度的增大会加剧钢轨磨耗。通过对比分析不同参数对钢轨磨耗的影响，本研究揭示了轮轨系统磨耗的内在规律，为优化曲线轨道设计提供了理论依据。 在具体分析中，我们发现曲线超高对钢轨磨耗的影响主要表现在轮轨接触应力分布和钢轨侧面磨耗程度；轨底坡的影响则主要体现在轮轨接触面积和滚动摩擦系数。此外，轮对初始姿态对钢轨磨耗也有一定影响，特别是在高速运行条件下。 通过数值模拟和实验验证，本研究得到了一系列关键参数对钢轨磨耗影响的关系曲线，为曲线轨道优化设计提供了数据支持。

结论与意义

本研究基于显式有限元方法，建立了曲线轨道轮轨磨耗多参数影响分析模型，并通过实验验证了模型的有效性。通过对曲线超高、轨底坡、列车速度等关键参数的分析，揭示了轮轨系统磨耗的内在规律，为曲线轨道优化设计提供了理论依据和实验数据支持。 本研究成果对于提高城市轨道交通曲线轨道的使用寿命、降低运营成本、保障列车运行安全具有重要意义。同时，该研究也为轮轨系统设计、轨道维护和运行管理提供了新的思路和方法，有助于推动轨道交通技术的进步和发展。

文章来源：《振动与冲击》 网址: http://www.zdycjgw.cn/qikandaodu/2026/1027/332.html