Применение модели негерцевского контакта колеса с рельсом для оценки динамических качеств грузового тепловоза

• Автор: Языков, Владислав Николаевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1 Л. Анализ теоретических исследований в области горизонтальной

динамики железнодорожных экипажей

1.2. Анализ исследований в области контактного взаимодействия

колеса и рельса.

1.3. Анализ исследований по РУКП железнодорожных экипажей

1.4. Выводы по анализу работ и задачи исследований.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КОНТАКТНОГО

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОЛЕСА И РЕЛЬСА

2.1. Описание модели контакта

2.1.1. Решение нормальной контактной задачи.
2.1.2. Решение касательной контактной задачи
2.1.3. Оценка износа профилей колес и речьсов.
2.2. Реализация алгоритма решения негерцевской контактной задачи колесо рельс в программном комплексе
2.2.1. Описание алгоритма решения контактной задачи.
2.2.2. Составление таблиц контактных параметров.
2.2.3. Описание программного модуля решения задачи негерцевского контакта колесо речьс.
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ХОДОВОЙ ДИНАМИКИ ГРУЗОВОГО ШЕСТИОСНОГО ТЕПЛОВОЗА С МЕХАНИЗМОМ РУКП
3.1. Разработка математической модели пространственных колебаний шестиосного грузового тепловоза с механизмом РУКП.
3.1.1. Расчетная схема экипажа ТАВН с механизмом РУКП.
3.1.2. Компьютерная модечъ экипажа ТАВН с механизмам РУКП.
3.2. Методика компьютерного моделирования пространственных колебаний локомотива при движении по пути произвольного очертания в режимах выбега
3.2.1. Моделирование макрогеаметрии кривых участков пути и геометрических неровностей речьсов
3.2.2. Профили колес и речьсов
3.3.3. Показатечи оценки динамических качеств и износа колесных пар экипажа.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ШЕСТИОСНОГО ГРУЗОВОГО
ТЕПЛОВОЗА ТАВН С МЕХАНИЗМОМ РУКП
4.1. Анализ динамики экипажа ТАВН с отключенным
механизмом РУКП
4.2. Анализ динамики экипажа ТАВН с механизмом РУКП.
4.2.1. Сравнение показателей исходного экипажа ТАВН с механизмом РУКП и экипажа ТЭ6 в кривых и прямых участках пути
4.2.2. Анализ некоторых конструктивных решений, направленных на улучшение динамики экипажа ТАВН с механизмом РУКП при движении в прямых
4.2.3. Анализ динамики экипажа ТАВН с механизмом РУКП
в кривых
4.3. Анализ показателей износа колес экипажа ТАВН с механизмом РУКП при движении в кривых.
4.3.1. Износ колес экипажа ТАВН в кривой Я 0м
без неровностей.
4.3.2. Износ колес экипажа ТАВН в кривой Я 0 м
с неровностями
4.3.3. Износ колес экипажа ТА ВЫ в кривой Я 0 м
без неровностей.
4.4. Выводы по анализу теоретических исследований
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ . и.
ЛИТЕРАТУРА


Условно методы решения контактной задачи можно разбить на три класса аналитические решения, численные методы и быстрые алгоритмы . Несомненно, аналитические методы решения являются самыми удобными при расчетах в силу того, что они представляют собой точные решения в виде функциональных зависимостей, которые связывают между собой все параметры контактной задачи. Кроме того, решение может быть получено очень быстро. Но, к сожалению, аналитические решения получены для очень узкого класса задач, и далеко не всегда могут применяться для решения задачи контакта колеса и рельса. Численные алгоритмы в большинстве своем основаны на методе конечных элементов, которые могут применяться для большого круга задач, и их решения также отличаются большой точностью. Но у них есть существенный недостаток, заключающийся в том, что они требуют больших затрат компьютерного времени и поэтому не могут применяться при моделировании динамики железнодорожных экипажей. Третий класс решений быстрые алгоритмы хотя и являются приближенными методами, обладают очень важными преимуществами вопервых, большой скоростью счета, а вовторых, многие из них еще и универсальны. Пожалуй, одним из первых литературных источников, посвященных контакту качения, является статья Рейнольдса 3, в которой исследуется качение резинового цилиндра по металлической плоскости и металлического цилиндра по резиновой плоскости. Рейнольдс обнаружил, что область контакта разбивается на области сцепления и микропроскальзывания, размеры которых определяются упругими деформациями и силами трения В этой статье не приводилось решение поставленной задачи, а только результаты опытов и некоторые идеи о поведении цилиндра на плоскости, многие из которых в дальнейшем подтвердились экспериментальными и теоретическими исследованиями. Математическая база механики контактных взаимодействия начала формироваться в х годах XIX века, когда были решены задачи контакта полубесконечных тел. Основной вклад внесен работами Буссинеска , Черрути , Герца 2, посвященными нормальной контактной задаче. Теория упругого контакта Герца, несомненно,, сыграла огромную роль в развитии контактной механики. Эта теория, разработанная в году, является первым достаточно полным анализом нормального контакта двух упругих тел. На основе изучения оптических интерференционных колец Герц выдвинул гипотезу о том, что область контакта в общем случае имеет эллиптическую форму. Он также предположил, что локальные деформации контактирующих тел можно вычислить, представив тела упругими полупространствами, нагруженные по эллиптической области. Для того чтобы это предположение было оправданным, характерные размеры области контакта должны быть малыми по сравнению с размерами тел и радиусами их кривизны. Кроме того, предполагается, что поверхности тел гладкие и несогласованные, а деформации тел в области контакта малы, что позволяет применить линейную теорию упругости. Ь полуоси контактного эллипса. Н.М. Беляева 4, посвященная расчету контактных напряжений в некоторых точках поверхности контакта колеса и рельса. Беляев впервые исследовал напряженное состояние на поверхности эллиптического контакта и получил расчетные формулы для оценки прочности 3. Первые статьи о плоской задаче контакта качения были опубликованы Ф. Картером в г. Г. Фроммом в г. Эти ученые работали независимо друг от друга, причем Картер представил контактирующие тела упругими полупространствами, в то время как Фромм решил задачу без применения полупространственной аппроксимации. Также решение плоской тангенциальной задачи как для статического контакта, так и для контакта качения независимо от этих работ были получены в работах ,, 3, 1. В решении Картера для рельса принимается модель упругого полупространства, а колесо представляется упругим цилиндром, причем упругие характеристики контактирующих тел одинаковы. Далее, задав граничные условия и аппроксимировав цилиндр упругим полупространством, Картер решил задачу двумерной теории упругости для двух полупространств. Картер обнаружил, что распределение касательных напряжений может быть представлено суперпозицией двух эллиптических эпюр дх и 2х, рис.