磨耗诱发的高速列车车轮-道岔接触特性演变规律研究

摘要

当高速列车车轮与道岔发生磨耗，特别是磨耗车轮通过道岔区域时，因几何不连续性引发的轮轨动态响应，对行车安全构成威胁，严重影响乘坐舒适性，亟需深入研究。采用有限元方法，深入探究高速列车车轮与道岔间的应力分布、相互作用及其影响机制，以及随着车轮磨耗和道岔几何形状变化的演变规律。结果表明，车轮通过道岔时，接触应力和Von Mises等效应力随车轮位置变化而显著波动。当车轮从尖轨顶宽15 mm移至35 mm时，接触应力和最大Von Mises等效应力分别增长约14.4%和4.1%。车轮磨耗改变了轮缘和踏面形状，影响轮轨接触关系和应力分布，导致接触点偏离，应力沿深度方向分布更不均匀，磨耗车轮与新车轮相比，最大Von Mises等效应力通常更高，且随磨耗程度增加差异更显著，可能加剧材料疲劳损伤。同时，磨耗车轮应力更大，进而影响磨耗速率。为优化车轮和道岔设计，降低轮轨接触应力集中，减缓磨耗提供了理论依据。

关键词

高速列车 / 轮-岔关系 / 车轮磨耗 / 接触特性 / 应力分布