摘要：对现有4种典型腕臂及定位装置的结构特点进行分析,并利用ABAQUS软件对4种腕臂结构及定位装置在非工作支最大工作载荷下的应力及挠度进行校核。结果表明:各结构在该受力情况下均能满足铁路标准中规定的应力和挠度要求。吸纳现有腕臂和定位装置的优点,在设计原则指导下,以功能需求为出发点,从技术合理性、经济性、感观适宜性综合考量分析后,推荐一种新型腕臂结构及定位装置方案。采用集约化设计理念,使腕臂及定位装置结构更加简洁、合理,零部件数量减小,整套装置的内在质量和外观品质均有所提升,具有创新性、简约化、安全性、经济性和便捷性特点。利用有限元软件对该方案在应力和挠度方面进行校验,结果满足标准要求。

摘要：基于高速铁路接触网整体吊弦的材料和服役工况,结合有限元分析以及试验分析,对整体吊弦的损伤机理进行分析。结果表明:整体吊弦钳压管的结构及压接方式存在不合理处,吊弦的断丝、断股是由于微动磨损和疲劳断裂共同造成的,其中微动磨损在吊弦的断裂中具有重要影响。经多方面考量,提出新型整体吊弦的优化方案,包括改进压接结构,增进吊弦线耐疲劳性,以及改进心形环的结构,避免与接触线吊弦线夹之间摩擦伤线,从源头上提升设计、施工、制造和运维质量,降低零部件失效概率,提高耐久性和可靠性。

摘要：为了研究热机耦合对高速列车制动系统动力学行为的影响,建立了高速列车制动系统三维瞬态热机耦合有限元模型,进行拖曳制动状态下热机耦合特性的计算与分析;采用ABAQUS/Explicit热-位移瞬态分析法,探讨列车制动过程中的温度分布特性和振动行为,并与忽略热机耦合状态的系统动力学行为进行对比分析.研究结果表明:制动过程中闸片温度动态变化,且会形成局部高温区导致热斑形成;由于制动盘和闸片发生一定程度弹性翘曲变形,导致闸片温度周向分布和径向分布出现复杂的温度分布特性,在闸片的内外径处和进/出摩擦区域的温度分布差异显著;制动过程中闸片在法向和切向上的振荡程度逐渐减弱,但是总体变形量逐渐增大,位移形变量达到6μm;热变形主要发生在闸片两侧,闸片在进摩擦区的变形量(35μm)明显大于出摩擦区处(25μm),而闸片的中部出现明显的"凹陷",即随着制动进行,闸片中部区域没有出现明显的热变形;在热机耦合状态下,制动系统振动先增大后降低,整体振动强度比忽略热机耦合时强;界面接触力的波动程度先增大后降低,总体呈上升趋势.

摘要：低频振动在环境中广泛存在,针对目前低频振动能量收集效率低的问题,提出将外界低频振动转化成摩擦系统的自激振动,实现低频振动到高频振动的升频转换,以达到提高低频能量收集效率的目的。为此,首先建立了集总参数模型,从理论上阐明低频振动能量收集方法的可行性,并分析模拟了该模型压电电压与功率的输出特性;其次分别设计了往复摩擦自激振动能量收集试验和压电悬臂梁碰撞能量收集试验,对比分析将低频振动转化为摩擦振动能否提高压电输出功率。试验与仿真结果表明,利用摩擦自激振动能够显著提升振动频率。摩擦自激振动电压幅值随着激励频率的增大而增大,与碰撞电压相比,其电压幅值较低,但是频率得到了大幅提升。由于频率的提升,压电振子的能量输出大幅提升,使得超低频振动能量收集性能明显提高。

摘要：目的滚刀截面形状即刃形对滚刀综合性能影响显著,研究不同刃形的滚刀在复合地层中的载荷变化特点,把握各型滚刀应用于复合地层时的优势与劣势,对于减少滚刀失效、降低刀盘偏载具有重要指导意义。方法通过滚刀破岩试验获取和对比3种刃形的滚刀(平顶、圆顶和螺旋槽滚刀)在软硬复合地层中的切削力、破岩体积等关键指标,同时建立滚刀破岩有限元数值模型,探究滚刀刃形影响其切削岩石性能的机理和规律。结果在复合地层中工作时,平顶滚刀所需的法向力均值最高,其余滚刀则相近。这是由于圆顶和螺旋槽滚刀破岩时仅有部分表面参与接触,接触面积均小于平顶滚刀,应力集中效应明显,从而降低破岩法向力。螺旋槽滚刀在切削不同强度岩石时的法向力差距最小;圆顶滚刀的法向力标准差的值最小。3种滚刀均形成了粉末状和片状岩石碎片,平顶和圆顶滚刀形成的岩石碎片总体积相近而螺旋槽滚刀略低。结论复合地层软硬岩强度相差较大时,可选用螺旋槽滚刀以减轻刀盘偏载;硬岩部分强度较高时,推荐选用圆顶滚刀,以减小切削力和载荷冲击。

摘要：磨损是铁路列车制动块的主要损伤形式之一,目前对制动块磨损的研究主要以试验手段为主。提出一种求解列车制动块磨损问题的数值方法,该方法利用有限元软件ABAQUS及其磨损子程序,将Archard磨损模型嵌入到制动界面摩擦学问题的求解中,通过在相邻增量步间计算磨损状态以实现磨损累积与动态演变过程的模拟。同时,应用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary lagrangian-eulerian,ALE)技术实现网格重绘,克服单元质量和最大磨损深度对计算效率和收敛性的限制。最后,在后处理中通过Matlab和Fortran对ABAQUS进行二次开发,直接获取磨损信息,并与制动台架试验结果对比验证了该方法的有效性。利用该方法,研究了制动块几何形状对摩擦力、接触倾角、接触区域、接触压力和制动块磨损等制动界面摩擦学行为的影响。结果表明,合适的制动块形状可以改善列车摩擦制动系统的服役摩擦学行为,减缓制动块磨损,提高制动系统服役可靠性。该研究成果可为今后铁路制动块形状的优化设计提供参考。

摘要：盘形滚刀是盾构/TBM执行破岩掘进的主要部件,被视为TBM的“牙齿”。滚刀的工作环境极其恶劣,在服役过程中极易发生刀圈磨损,甚至崩刃等异常失效,致使刀圈成为施工过程中主要的易耗零件,进而缩短盾构/TBM的运行寿命,并大幅提高了隧道施工成本。因此,如何减少表面损伤,延长滚刀的服役寿命,是一个亟待解决的关键工程问题。本文基于刀圈的成形、加工、服役、损伤、失效等全寿命周期阶段,分别概述了刀圈在服役损伤分析、材料成分改良、成形工艺改善、热处理工艺改进及涂层强化工艺优化中性能强化机理,分析了各方法存在的不足及解决方法,最后对滚刀刀圈性能强化方法进行了讨论和展望,以期为滚刀强化技术路径及产业化实现提供参考。

摘要：全断面隧道掘进机(TBM)是用于长大隧道建设的关键装备,在公路铁路、引水输水等国家重大战略工程中发挥着重要作用.盘形滚刀位于TBM最前端,是执行破岩掘进的关键零部件.冲击重载和缺少润滑等恶劣工况条件导致滚刀在面对硬岩地层时磨损速率极高,频繁更换刀具对隧道建设的工期、成本和安全性造成严重负面影响.对滚刀磨损机理的深入研究是建立长寿命高性能滚刀设计方法的必经之路.滚刀截面形状以及表面结构是刀-岩接触行为的决定性因素之一,而接触行为对滚刀磨损存在直接影响,但机理机制尚不十分清楚.本文中使用高强度花岗岩开展滚刀磨损试验,针对工程实际中最常用的平顶与圆顶滚刀,研究不同刃形滚刀在磨损过程中切削力、质量损失和表面形貌演变的规律,并结合有限元数值仿真,揭示滚刀刃形通过改变刀-岩接触状态而影响其磨损行为的机理.结果表明,在通过相同距离时平顶滚刀直径变化量小,即达到磨损极限时行进总距离更长、耐磨性更好.圆顶滚刀接触应力集中效应明显,容易发生局部磨损,使圆顶滚刀半径变化更大;但在相同刀盘推力下,圆顶滚刀侵入岩石的深度大于平顶滚刀,在破岩效率方面具有潜在优势.本研究对工程实际中滚刀选型与设计具有重要指导意义.

摘要：高速列车车轮多边形磨耗是一种沿车轮周向的不均匀磨耗,是列车服役过程中常见的车轮失效现象,其产生的剧烈轮轨激励严重威胁车辆系统服役可靠性.制动系统作为保障高速列车服役安全的核心部件,其界面摩擦学行为直接受到轮轨激励的影响.为探究车轮多边形激励下的制动界面摩擦学行为,建立了刚柔耦合车辆动力学模型和制动系统热机耦合有限元模型,并分别通过线路试验和台架试验验证了模型的正确性.然后,提出一种考虑车轮多边形激励的制动界面摩擦学行为分析方法,能够真实地反映服役过程中制动界面摩擦学行为.基于此,研究了不同车辆运行速度下车轮多边形激励对制动系统动态接触、温度以及振动特性的影响规律.结果表明:车轮多边形磨耗导致系统接触面积、摩擦热、接触应力和振动等摩擦学行为更为复杂且剧烈.此外,系统接触面积标准差和振动加速度均方根值随速度的增加而增大.因此,车轮多边形磨耗对制动界面摩擦学行为具有不可忽略的影响.该研究成果可为制动系统界面摩擦学行为研究及结构优化设计提供有效方法与工程指导.

摘要：摩擦学行为研究对认识界面摩擦磨损特征,揭示摩擦自激振动产生机理及演变规律,保证摩擦系统的可靠运行具有重要意义.目前的摩擦学行为模拟试验装置由于刚性连接方式对界面摩擦振动响应的干扰,难以精确开展摩擦学行为研究和材料磨损性能评估,亟需隔离摩擦界面与机械连接部件之间的耦合振动.为此,基于气浮轴承设计了1种可实现振动解耦的摩擦学行为模拟试验台,通过锤击试验以及与非振动解耦摩擦试验机的对比试验,测定并验证了试验台振动解耦功能的有效性.锤击试验表明,未充气状态下在气浮轴承轴套处检测到多个频率,而充气状态下仅有较低的单一频率存在.摩擦学对比试验发现,随着法向载荷或往复滑移频率的增加,振动解耦试验台测得的振动加速度均方根变化率线性增加,而非振动解耦试验机的振动加速度均方根变化率呈先增后减的趋势,存在明显差异.因此,该摩擦学行为模拟试验台成功实现了摩擦界面与机械连接部件之间的振动解耦,为进一步精确探究界面摩擦学行为的影响因素和演变规律、揭示摩擦自激振动产生机理以及在对比评估不同材料摩擦磨损性能时排除摩擦学设备的影响方面提供了新的思路及有效的手段.