马骁骐,刘 凯,敬 霖

(西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川 成都 610031)

0 引言

轮轨滚动接触问题一直是高速轨道交通领域极其重要的关键科学问题之一[1-2]。近年来，有限元显式算法逐渐被应用来准确描述轮轨接触问题的几何、材料和接触非线性行为[3-5]。但是，现有的大多数研究虽采用显式有限元程序考虑了轮轨动态接触的非线性行为和结构惯性效应，但忽略了轮轨材料应变率效应的影响。已有研究表明[6]，轮/轨钢是应变率敏感性材料，其应变率效应必定会影响轮轨系统的动态接触响应特征。因此，利用有限元显式算法开展考虑轮轨材料应变率效应的轮轨滚动接触行为研究，具有重要的学术研究和工程应用价值。

1 三维轮轨滚动接触有限元模型

1.1 几何建模

图1为轮轨滚动接触有限元模型。车轮直径为Φ860 mm，踏面为S1002CN型；钢轨为CN60型，长度为2 000 mm，轨底坡为1∶40。为了便于将集中载荷施加在旋转车轴的中心线上，采用质量等效方法将空心车轴简化为具有相同外形尺寸的实心车轴。采用8节点实体单元对整个轮轨系统进行网格划分，考虑到计算精度和计算效率的影响，踏面表层和轨顶表层单元最小尺寸为1 mm，分布在轮轨接触表面，远离接触的位置采用较粗大的网格以降低模型规模。整个有限元模型包含6 343 961个节点、5 956 372个单元。

1.2 材料模型

轮轨系统各部件均采用随动强化材料模型来描述其力学行为，该模型可通过Cowper-Symonds模型来考虑材料的应变率效应：

(1)

图……