[發明專利]基于有限元模擬的車輪軌道接觸循環加卸載仿真分析方法

有效

• 申請號: 201810341275.X
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108664707B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 王建;楊長衛;黃藝丹;孫曉丹
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F30/15
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

1.一種基于有限元模擬的車輪軌道接觸循環加卸載仿真分析方法，特征在于包括以下步驟：

(1)利用有限元軟件ABAQUS，建立單軸拉壓軸對稱模型；

(2)進行單軸拉壓循環試驗模擬，基于唯象理論和Chaboche擬合模型，利用相同條件下的室內試驗結果，即應力-應變曲線校正材料的屈服強度、硬化參數力學參數，對材料的屈服強度以及硬化參數進行校正；

(3)建立車輪-軌道接觸模型，對材料參數和接觸參數進行設置：選取車輪模型和軌道模型，并設置車輪參考點及其耦合剛性面，以模擬車軸剛性體；

(4)單次循環：將單次循環分解為加載階段、平穩滾動階段和卸載階段3個階段，并分別設置加載條件、約束條件、接觸條件和邊界條件；在加載階段，需休眠無關部件和約束關系及接觸關系，僅保留本次循環所必須的車輪、軌道部件和接觸關系；在平穩滾動階段，設置所關心的監測部位和變量，以做分析所用；在卸載階段，需保留計算結果，以做下一輪分析所用；

(5)多次循環：利用restart機制，導入上一次計算結果，在此基礎上對輪軌接觸加-卸載模擬，并保存卸載階段結果，以作為下一次循環的初始條件；在加載階段Model-EditAttributes選項中設置restart數據，在卸載階段Output-Restart requests選項中保留計算結果。

2.根據權利要求1所述的一種基于有限元模擬的車輪軌道接觸循環加卸載仿真分析方法，其特征是，所述單軸拉壓軸對稱模型采用常規狗骨式dog-bone type光滑圓柱試樣模型，其圓柱直徑為14mm，圓柱長度25.4mm；

對圓柱體內部單元的豎向應力、應變進行監測，并繪制真實應力應變曲線；

所述步驟(2)中，循環加、卸載曲線擬合的關鍵在于根據唯象理論進行的棘輪效應擬合；基于Chaboche擬合模型，首先需要確定backstress反力α的數量和大小，然后將其疊加，獲得循環加-卸載試驗結果的棘輪效應擬合；其擬合公式如下：

其中，K為反力的編號，ε_p為單軸塑性應變，C_K和γ_K為需要校正的Chaboche參數，α為反力，α_k為反力的分量，N為反力的數量；

所述步驟(3)中，利用已校正好的材料的屈服強度和硬化參數對車輪模型和軌道模型進行賦值；車輪模型為直徑860mm，踏面形態為LM_A，軌道模型的鋼軌型號為CHN60；循環加-卸載試驗需要考慮加、卸載引發的邊界效應的影響，因而需要設置足夠長的平穩滾動區域；軌道模型長1.5m，由12萬個C3D8單元組成；車輪由4萬個C3D8單元組成；

所述步驟(4)中，需要在車輪中心參考點上施加法向荷載P、切向荷載Q和以邊界條件形式施加的轉角R；在0.5ms內，逐漸對車輪中心施加法向荷載至設定值；在0.5ms-3.843ms內，保持豎向荷載不變；在3.843-4.0ms內，將法向荷載逐漸減小至零，在法向加載完成后，進行切向加載和滾動加載；同時，在法向卸載完成前，進行切向卸載和滾動卸載；

所述步驟(5)中，多次循環加載需要利用ABAQUS的model change功能和restore機制；對于單個循環，需要休眠無關部件和約束關系、接觸關系，同時激活相關部件及其約束關系、接觸關系，在加載階段，需休眠無關部件和約束關系及接觸關系，僅保留本次循環所必須的車輪、軌道部件和接觸關系；在平穩滾動階段，設置所關心的監測部位和變量，以做分析所用；在卸載階段，需保留計算結果，以做下一輪分析所用，及在Output-Restartrequests中保留計算結果；對于下一個循環的加載階段，則需在Model-Edit Attributes中選擇讀取上一輪循環的結果數據作為起點進行分析。