《基於輪軌界面污染及微觀形貌的高速輪軌黏著問題研究》是依託蘇州大學，由吳兵擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於輪軌界面污染及微觀形貌的高速輪軌黏著問題研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳兵
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高速輪軌黏著是直接關係到高速列車行車安全和正常運營的關鍵問題之一。掌握高速輪軌低黏著特性已為亟待解決的課題。本項目擬通過試驗、理論分析和數值模擬的手段揭示界面污染和輪軌微觀形貌特徵的改變引起的高速輪軌黏著機理。首先進行系統的跟蹤測試獲得高速輪軌表面微觀形貌的基本特徵，並利用有限元建立微觀接觸模型推導出適合輪軌微觀形貌間彈塑性接觸的經驗公式。其次，基於測試輪軌微觀形貌特徵，試驗模擬高速輪軌黏著與不同界面污染狀態以及車輛運行參數之間的關係。然後，基於彈流理論建立能夠模擬高速輪軌界面存在不同量流體污染物、輪軌表面微觀固體彈塑性變形及熱效應的輪軌黏著數值模型，並發展相應的數值算法，從數值角度解釋界面污染引起低黏著的機理。最後，進行數值模型驗證和改進。通過上述研究系統的認識界面污染物和表面形貌對高速輪軌黏著影響的機理，對保證高速列車運行安全具有深遠的意義。
結題摘要
高速輪軌黏著是直接關係到高速列車行車安全和正常運營的關鍵問題之一。本項目通過高速試驗、理論分析主要開展了以下工作：（1）基於國內某型號動車組踏面、高鐵線路鋼軌頂面的表面粗糙度形貌測試建立在不同運行階段初始資料庫。基於統計微觀形貌特徵，利用有限元軟體推導出了適合於輪軌微觀形貌的彈塑性接觸壓力經驗公式。（2）利用高速輪軌黏著試驗台完成了軌麵條件為乾態、水態（大雨、小雨）、油態和樹葉時的高速輪軌黏著試驗。掌握了不同界面污染、不同輪軌微觀形貌及不同的運行參數三個方面因素單獨和相互耦合時對高速輪軌黏著特性的影響規律。同時還完成了低黏著軌麵條件下中高速範圍內砂石增黏效果的試驗。（3）基於混合潤滑理論、微觀彈塑性理論和熱彈流理論建立了高速輪軌界面存在水/油污染物的輪軌黏著模型並發展了相應的數值求解方法。該模型可以模擬高速軌面潤滑充分時（大雨或富油）、小雨時的黏著特性、基於實車推導的微觀粗糙度間的彈塑性變形、水/油的流變特性以及牽引制動時的大滑移引起的熱效應的影響。建立了高速輪軌黏著簡化模型，克服了小膜厚比帶來的數值穩定性問題。套用現有的數值模型對不同工況、不同影響因素對黏著係數的影響規律進行系統調查。通過研究得到以下重要結論：（1）擬合的經驗公式與傳統模型結果接近，能適用於輪軌固體彈塑性接觸壓力的計算。（2）輪軌界面存在液體污染物時，黏著係數隨著列車速度的增大急劇減小；粗糙度越大，輪軌黏著係數也大；潤滑不充分時，輪軌接觸壓力與入口區膜厚密切相關，與富油時有明顯的差距；速度對黏著係數的影響與富油時一致；粗糙度對黏著係數的影響與入口區膜厚值大小密切相關；（3）高速試驗發現當界面存在液體污染物時，輪軌間黏著係數隨著速度增大急劇減小；砂石在輪軌界面存在污染物時對輪軌黏著有一定的增粘作用。通過上述研究系統的認識界面污染物和微觀表面形貌對高速輪軌黏著影響的機理，對保證高速列車運行安全具有深遠的意義。
