基于Nastran的车轮温升热机耦合有限元强度分析.pdf

基于MSC.Nastran 的车轮温升热机耦合有限元 分析 顾悦嘉 谢晓波 （同济大学 铁道与城市轨道交通研究院，上海 201804 ） 摘要 ：针对上海地铁不同类型车轮利用有限元分析软件 NastranPatran 建立了车轮温升时的热机 耦合分析有限元模型。本论文遵循UIC510-5 和EN 13979 规范进行了有限元分析，计算了它们的 静强度和制动热应力。结果表明，最大Von Mises 等效应力均符合设计要求。 关键词 ：地铁车轮； 热机耦合 ；有限元分析 ；应力 中图分类号：THll7 ．1 文献标识码：A Thermo—mechanical Coupling FEM Analysis of wheel when warming based MSC.Nastran software Gu Yuejia ，Xie Xiaobo (Institute of Railway Urban Mass Transit Research, Tongji University, Shanghai 201804, China) Abstract: To the different kind of wheel of Shanghai metro, using the finite element analysis software Nastran Patran to set up the thermo—mechanical coupling model of the wheel when warming. This paper follows the UIC 510-5 and EN 13979 specifications for finite element analysis to calculate their static strength and brake thermal stress. The results show that the maximum Von Mises equivalent stress are in line with the design requirements. Key words: wheel of Metro; thermo—mechanical coupling; finite element analysis; stress 程度时，由温升引起的热应力和机械应力处于同一 0 前言 数量级。热应力和机械应力的叠加会大大降低材料 随着列车速度的提高与轴重的增加，牵引和制 的承载能力，降低材料的强度，从而引起轮轨表面 动性能也随之得到了提高，从而要求更加有效地利 剥离破坏，轮轨踏面的剥离会导致车辆轨道结构激 用轮轨间的可用粘着。当牵引力或制动力超过了可 烈的振动并产生噪声，不仅影响了乘坐舒适度，而 用粘着时，轮轨间发生滑动，该滑动导致轮轨温升。 且缩短轨道与机车车辆零部件的使用寿命。[1] 轮轨接触温升会改变轮轨表层材料的物理性能，降 因此，有必要对轮轨摩擦热问题作深入的分析， 低强度，使车轮和钢轨表面发生擦伤，加快轮轨磨 精确分析轮轨在各种运行状况下的温度场、应力场 耗，严重时会使轮轨表面产生裂纹，造成车轮和钢 分布状况与特点以及各种因素的影响，这对研究轮 轨的破坏和剥离。此外，轮轨表面的不均匀温升会 轨热损伤的机制、减缓轮轨损伤问题和高速重载下 使表层材料产生热应力。当轮轨接触温升达到一定 的轮轨选材具有很大的意义。本文采用热—机顺序 作者简介：顾悦嘉(1988- ) ，男，上海人，硕士研究生，主要研究方向为车辆动力学 ，(E-mail) gyjgyj52@ 耦合的方法对上海地铁两