23849

بررسي عددي پارامتر ناهمواري سطح (اسپريتي) در سايش چرخ و ريل قطارهاي پرسرعت

كارشناسي ارشد

مهندسي ماشينها ي ريلي

1397

آذر 1399

دكتر پريسا حسيني تهراني

مهندسي راه آهن

مسأله تما س چر خ و ري ل همواره يكي از مشكلات موجود در صنعت ريلي بوده است، زيرا تما س در موارد مختلفي مانند راحتي مسافر، ديناميك وسيله نقليه، خروج از خط و ... نقش بسيار مهم و غير قابل انكاري دارد. از اين رو، همواره كارشناسان اين صنعت سعي در شبي هسازي مسأله تماس چرخ و ريل به رو شهاي مختلف داشت هان د تا بتوانند از آن طريق سايش چرخ و ريل را به نحو مطلوبي كنترل كنند. بنابراي ن در اين پايا ننامه، يك مد ل تماسي سه بعدي با رفتار الاستيك-پلاستيك غير خطي كه ناهموار يهاي سطح)اسپريتي( د ر نقا ط تما س بي ن چرخ و ريل قطارهاي پرسرعت خطوط ريلي ژاپن )شينكانسن( را شبي هسازي م يكند، ارائه ش ده است. د ر تما س غلتشي جسمي كه در امتداد سطح در حا ل حركت است ، مناطقي بدو ن حرك ت نسب ي سطو ح )مناطق چسبند ه( و مناطقي كه لغز ش نسبي در آنها رخ م يده د )مناطق لغز ش(، وجو د دارد. از طرف ديگر، قانون اصطكا ك لغزش ي اساساً حداكثر نيرو ي مماسي قابل انتقال ر ا تعيين م يكند. بنابراين در اين پژوهش تنها وضعيت سايش لغزشي ر ا بررسي م يكن د. علاو ه بر اين ، از آنجا كه در اي ن پژوه ش سايش خستگي در نظر گرفته نشد ه است، بررس ي فق ط رو ي مكانيسم ساينده متمركز شده است . هدف اصل ي اي ن تحقيق ايجاد مد ل المان محدود با قابلي ت شبي هسازي مناسب سايش لغزشي در خطوط ريلي سرعت بالا بود. اين مدل شامل الگوريت مهاي انعطا فپذيري و شكس ت ديناميكي جانسون -كوك، معادله اصطكا ك كلومب و كوپلينك حرارت ي-مكانيكي م يباشد كه پديده سايش را ب ا فرض ي ك رون د آدياباتيك، جايي كه درجه حرارت به دليل تغيير شكل پلاستيك افزايش م ييابد، شبيهسازي م يكند. اين مدل م يتوان د فشار تماسي محلي، انعطاف پذيري، دما ي موضعي ، تن ش مما س موضعي، ضري ب اصطكاك موضع ي و ضريب چسبندگي را پي شبيني كن د. تأثير توپوگرافي سطح، شرايط تماسي و سرعت بر ضري ب چسبندگي و دماي تما س در اين مدل در نظر گرفته م يشود. پس از تغيير پارامترهايي همچون سرعت اوليه چرخ و وضعيت تماسي بين چرخ و ريل، خروجي هايي مانند كانتورهاي تنش در سطح تماس چرخ و ريل، الگوهاي سايشي سطح چرخ و ريل، دماي بيشينه ريل، ميزان سايش چرخ و ضريب چسبندگي بين چرخ و ريل مورد بررسي قرار خواهد گرفت . از مهمترين نتايج حاصل م يتوان به كاهش چسبندگ ي با افزايش سرعت قطار و تح ت آلودگ يهاي سطحي )سطح مرطوب( اشاره كرد .

1400/03/22

Numerical Investigation of Surface Asperity Roughness in Wheel and Rail Wear of High-Speed Railway

12/21/2021 12:00:00 AM

The issue of wheel and rail contact has always been one of the problems in the railway industry, because contact has a very important and undeniable role in various cases such as passenger comfort, vehicle dynamics, off-line, etc. Therefore, industry experts have always tried to simulate the problem of wheel and rail contact in different ways so that they can control wheel and rail wear in a desirable way. Therefore, in this dissertation, a three-dimensional contact model with nonlinear elastic-plastic behavior that simulates surface roughness (asperity) at the points of contact between the wheels and rails of high-speed train tracks of Japan (Shinkansen). In the case of a sliding body moving along a surface, there are areas without relative movement of surfaces (sticky areas) and areas where relative slippage occurs (slip areas). On the other hand, the law of sliding friction essentially determines the maximum tangible transferable force. Therefore, in this study, only the sliding wear status is investigated. In addition, since fatigue wear is unlikely to occur for this study, the study focused only on the abrasive mechanism. The main purpose of this study was to create a finite element model with the ability to simulate slip wear in high speed rail lines. This model includes Johnson-Cook's flexibility and dynamic failure algorithms, the Columbus friction equation, and the thermo-mechanical coupling, which simulates the phenomenon of wear assuming an adiabatic process, where the temperature increases due to plastic deformation. This model can predict local contact pressure, flexibility, local temperature, local tangential stress, local friction coefficient and adhesion coefficient. The effect of surface topography, contact conditions and speed on the adhesion coefficient and contact temperature is considered in this model. After changing parameters such as initial wheel speed and contact position between wheel and rail, outputs such as stress contours at wheel and rail contact surface, wheel and rail surface wear patterns, maximum rail temperature, wheel wear rate and adhesion coefficient between wheel and rail case Will be reviewed. One of the most important results is to reduce the adhesion by increasing the speed of the train and under surface contamination (wet surface).

اسپريتي، لغزش چرخ و ريل، شبي هسازي عددي، الگوهاي سايش، ضريب چسبندگي .

Asperity, wheel and rail slip, numerical simulation, wear patterns, adhesion coefficient.