1.一种轮轨滚动接触斑分析方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、根据现场实际的轮轨滚动接触关系,建立轮轨滚动接触关系多体动力学仿真模型,输出对应轮轨滚动接触斑的轮轨滚动接触变量;
步骤2、根据轮轨滚动接触斑的相关轮轨滚动接触变量,基于kalker线性简化理论计算轮轨滚动接触斑内总滑动矢量w的分布情况及界定接触斑内的黏滑区情况;
步骤3、基于archard磨耗模型计算轮轨滚动接触斑内垂直磨耗量分布情况。
2.根据权利要求1所述的轮轨滚动接触斑分析方法,其特征在于,步骤1所述的根据现场实际的轮轨滚动接触关系,建立轮轨滚动接触关系多体动力学仿真模型,输出对应轮轨滚动接触斑的轮轨滚动接触变量,具体如下:
步骤1.1,根据现场轮对基本接触参数,包括车轮直径、轮对横移量、轮对摇头角、轮缘内侧距,建立轮对多体动力学仿真模型;
步骤1.2,根据现场轨道基本接触参数及轨道几何线性情况,建立轨道多体动力学仿真模型;
步骤1.3,建立轮轨滚动接触关系多体动力学仿真模型,实时模拟列车运行过程中的实际轮轨滚动接触关系,并输出该过程中轮轨滚动接触斑的轮轨滚动接触变量,包括:接触斑数量np,横向η、纵向ε、自旋
3.根据权利要求1所述的轮轨滚动接触斑分析方法,其特征在于,步骤2所述的根据轮轨滚动接触斑的相关轮轨滚动接触变量,基于kalker线性简化理论计算轮轨滚动接触斑内总滑动矢量w的分布情况及界定接触斑内的黏滑区情况,具体如下:
步骤2.1,基于轮轨滚动接触斑的轮轨滚动接触变量,得到轮轨稳态滚动接触状态下的滑动方程表达式;
步骤2.2,对滑动方程表达式进行无量纲化操作,实现原轮轨滚动接触斑到单位圆接触斑的转换并得到总滑动矢量w的方程表达式;
步骤2.3,将单位圆接触斑离散化为10×10个离散点,引入库伦摩擦定律分析,计算各离散点的黏滑情况及总滑动矢量w。
4.根据权利要求3所述的轮轨滚动接触斑分析方法,其特征在于,步骤2.1所述的基于轮轨滚动接触斑的轮轨滚动接触变量,得到轮轨稳态滚动接触状态下的滑动方程表达式,具体如下:
步骤2.1.1、分别计算接触斑纵向、横向切向力px、py:
其中,c11、c22、c23为kalker系数,g为轮轨材料合成剪切模量,η、ε、
步骤2.1.2、分别计算接触斑纵向、横向上的材料柔度系数lx、ly:
步骤2.1.3、基于kalker线性简化理论得到轮轨稳态滚动接触状态下的滑动方程表达式:
其中,vx、vy分别为纵向、横向滑动速度,vv为机车运行速度,lx、ly分别为纵向、横向材料柔度系数,px、py分别为纵向、横向切向力,x、y为基于轮轨坐标系接触斑内的坐标点。
5.根据权利要求3所述的轮轨滚动接触斑分析方法,其特征在于,步骤2.2所述的对滑动方程表达式进行无量纲化操作,实现原轮轨滚动接触斑到单位圆接触斑的转换并得到总滑动矢量w的方程表达式,具体如下:
步骤2.2.1、对滑动方程表达式进行无量纲化操作,实现原轮轨滚动接触斑到单位圆接触斑的转换,令:
其中,n为接触斑内法向合力,f为轮轨摩擦系数,x'为无量纲化后的横坐标,y'为无量纲化后的纵坐标,z0为接触斑内法向力最大值,p'x、py'为无量纲化后接触斑内切向力,nx、ny为无量纲化后接触斑内的位移量,l′y为无量纲化后横向方向上的材料柔度系数,
步骤2.2.2、得到新的滑动方程表达式为:
步骤2.2.3、将新的滑动方程表达式转换为矩阵矢量形式:
其中,w=(wxwy)为总滑动矢量,
6.根据权利要求3所述的轮轨滚动接触斑分析方法,其特征在于,步骤2.3所述的将单位圆接触斑离散化为10×10个离散点,引入库伦摩擦定律分析,计算各离散点的黏滑情况及总滑动矢量w,具体如下:
步骤2.3.1、取单位圆上任意一条平行于x’轴,宽为dy’的带,从带上的一点x1’=x0’-h到x0’作积分,当h取值趋向于0时,将矩阵矢量表达式转换为:
w1/2=s1/2+p′1-p′0
其中,
步骤2.3.2、h取带长的1/10,从带右边界
步骤2.3.3、引入库伦摩擦定律分析,计算各离散点的黏滑情况及总滑动矢量w,即单位圆接触斑内任意一点都满足以下情况:
定义z’=p/z0,ph=p0’-s|xo’-h/2,
1)如果|ph|≤fz’,则该点为黏着状态,p1’=ph且w|xo’-h/2=(00);
2)如果|ph|>fz’,则该点为滑动状态,p1’=(fz’/|ph|)×ph且w|xo’-h/2=-λp1’,其中λ=|ph|/(fz’)-1且λ>0。
7.根据权利要求1所述的轮轨滚动接触斑分析方法,其特征在于,步骤3所述的基于archard磨耗模型计算轮轨滚动接触斑内垂直磨耗量分布情况,具体如下:
步骤3.1,针对轮轨滚动接触斑内的滑动区,基于archard磨耗模型计算各滑动离散点垂直磨耗量δz(x,y)为:
其中,qp为法向接触力,h为两接触材料中较软材料的硬度,kw为无量纲的磨耗系数,δx为离散点在横坐标上的长度;
步骤3.2,针对轮轨滚动接触斑内的黏着区,默认δz(x,y)为0。