李 波

（中钢设备有限公司 钢轧工程部，北京100080）

钢轨轧后空冷过程三维有限元模拟

李 波

（中钢设备有限公司 钢轧工程部，北京100080）

继承60 kg/m钢轨全轧程热力耦合终轧稳定阶段的温度场，并采用三维热力耦合有限元的方法，对钢轨轧后空冷过程中的温度场、应力场和变形进行了相应的模拟分析，得到钢轨空冷过程中的温度变化规律和弯曲变形规律及空冷后的应力分布情况。结论如下：冷却初始，钢轨各部位的冷却速率差异较大，但随着冷却时间的延长，冷却速率趋于一致。钢轨的弯曲变形十分复杂，这主要是由于冷却过程中钢轨不同部位的温度及降温速度导致的。最后根据钢轨空冷后的弯曲变形曲线拟合出的钢轨弯曲度公式，经计算和实际生产的结果较为吻合。

钢轨轧后冷却；模拟；温度场；应力场；弯曲变形；热力耦合

1 前言

钢轨具有异型横断面，断面形状不规则，各部分的散热面积与体积之比相差较大，冷却过程中各部分的冷却速度不一致，钢轨轧后冷却过程中常常出现严重的弯曲。平直度是衡量钢轨质量的主要指标之一，钢轨平直度直接影响列车运行速度、安全性及舒适性［1］。从理论和实际生产来说，钢轨矫前弯曲度直接影响矫直后的平直度，在同等变形条件下，矫前弯曲度越大，矫后的平直度越差。因此国外著名的钢轨生产厂基本上都采取了预弯措施尽量降低钢轨矫前弯曲度。

研究钢轨冷却过程中的弯曲变形规律，对于控制钢轨冷却后的弯曲、合理制定预弯工艺并最终保证矫后的平直度具有实际意义。……