第29卷第4期铁道学报Vol.29No.42007年8月JOURNALOFTHECHINARAILWAYSOCIETYAugust2007文章编号:100128360(2007)0420096205非赫兹接触下轮轨接触蠕滑力的计算王小松1,2,葛耀君2,吴定俊2(1.重庆交通大学桥梁系,重庆400074;2.同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092)摘要:以弹性半空间非赫兹接触理论计算轮轨法向接触问题,得到比较真实的法向压力分布。在此基础上,根据修正的FastSim算法计算了轮轨在单点接触、轮缘接触和单接触斑内两点接触情况下的蠕滑力。与CON2TACT的对比表明,修正的FastSim算法在计算轮缘接触时具有比较精确的结果,在计算单接触斑内两点接触时的精度相对于Shen2Hedrick2Elkins理论和FastSim算法均有较大的提高。基于修正的FastSim算法编制了便于风2列车2桥梁耦合分析应用的蠕滑力插值数表MFTTLM。关键词:非赫兹接触;轮轨接触;蠕滑力中图分类号:U211.5文献标志码:ACalculationofCreepForcesofWheel2railContactunderNon2HertzianConditionsWANGXiao2song1,2,GEYao2jun2,WUDing2jun2(1.DepartmentofBridgeEngineering,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China;2.StateKeyLaboratoryforDisasterReductioninCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Basedontherealnormalpressuredistributionofwheel2railcontact,whichisobtainedbytheelastichalf2spacenon2Hertziancontacttheory,theFastSimalgorithmismodifiedandthenappliedtocalculatethecreepforcesunderthecircumstancesofsinglecontact,flangecontactanddoublecontactinthesinglecontactzone.ComparisonwithCONTACTindicatesthatthemodifiedFastSimalgorithmgivesrelativelyaccuratere2sultswhenflangecontactoccurs,andcomparisonwiththeFastSimalgorithmandShen2Hedrick2ElkinstheoryshowsthatthemodifiedFastSimalgorithmgivesbettersolutionwhendoublecontactoccursinthesinglecon2tactzone.ThemodifiedFastSimTractionTableusedforwind2vehicle2bridgecouplinganalysisisalsocompiled.Keywords:non2Hertziancontact;rail2wheelcontact;creepforce轮轨接触蠕滑力的计算是风2列车2桥梁耦合振动分析中的核心问题之一。目前在铁路部门应用较为普遍的轮轨接触蠕滑力计算模型均为赫兹接触型[1～4],如Kalker线性接触理论、Kalker简化理论和Shen2Hedrick2Elkins理论等。赫兹法向接触理论认为接触点处的曲率半径为常数,接触斑为椭圆,接触斑内的压力为半椭球体分布。实际上轮轨滚动接触问题不完全符合赫兹接触条件,如轮轨接触型面是由多条不同曲率半径圆弧组成,轮轨滚动接触过程的接触点常常位于这些不同半径圆弧的交界处,这就不满足接触点处曲率半径是常数的条件,轮轨之间弹性挤压量和法向收稿日期:2006210230;修回日期:2007201222基金项目:国家自然科学基金资助项目(50538050)作者简介:王小松(1977—),男,湖北公安人,博士研究生。E2mail:xiaosongw2000@263.net压力分布的大小和接触斑区域与按照赫兹理论求得的结果均存在一定的差异,在轮缘发生单接触斑内两点接触时的这一差异尤其显著[5,6]。在列车2桥梁耦合振动分析中引入横向风作用后会使得车辆相对于轨道发生较为明显的横移,从而使得轮轨发生轮缘接触的频率大为增加。在轮缘接触情况下,赫兹接触椭圆面积小于非赫兹接触面积,最大赫兹正压力大于最大非赫兹正压力,这种差异是显著的[7],此时轮轨之间还存在大自旋蠕滑,而目前常用的轮轨蠕滑力模型在计算大自旋蠕滑时均存在较大不足,基于赫兹接触理论的蠕滑力计算理论仅能在工程精度内处理非轮缘单点接触的情况[7,8]。考虑到基于Kalker精确理论的DU2VOROL数表[9]和TPLP数表[10]并未公开发布,本文在以非赫兹接触理论计算轮轨接触法向压力分布的基础上,根据修正的FastSim程序计算了轮轨在单点接触、轮缘接触和单接触斑内两点接触情况下的蠕滑力,并编制了便于风2列车2桥梁耦合分析应用的蠕滑力插值数表MFTTLM(ModifiedFastSimTractionTable2LM)。1轮轨接触非赫兹法向压力分布的计算轮轨接触非赫兹法向压力分布的计算以弹性半空间理论为基础,使用数值计算方法得到压力的分布...
