轮轨接触力学.pptx
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1、轮轨接触力学轮轨接触力学温泽峰,赵鑫温泽峰,赵鑫西南交通大学西南交通大学 牵引动力国家重点实验室牵引动力国家重点实验室 只够1小时讲,再加点内容。内内 容容一一 轮轨接触动力力学的研究内容与对象轮轨接触动力力学的研究内容与对象二二 轮轨接触几何关系和滚动接触蠕滑率轮轨接触几何关系和滚动接触蠕滑率三三 Hertz接触理论(法向解开创工作)接触理论(法向解开创工作)四四 Carter二维滚动接触理论(切向解开创工作)二维滚动接触理论(切向解开创工作)五五 Vermeulen-Johnson无自旋三维滚动接触理论无自旋三维滚动接触理论六六 Kalker线性蠕滑理论线性蠕滑理论七七 沈氏理论沈氏理论八
2、八 Kalker简化理论简化理论九九 Kalker三维弹性体非三维弹性体非Hertz滚动接触理论滚动接触理论十十 轮轨黏着问题研究简介轮轨黏着问题研究简介十一十一 三维弹塑性滚动接触有限元建模简介三维弹塑性滚动接触有限元建模简介十二十二 轮轨接触载荷与伤损研究简介轮轨接触载荷与伤损研究简介十三十三 快速接触算法开发快速接触算法开发十四十四 接触问题杂谈接触问题杂谈十五十五 轮轨试验台简介轮轨试验台简介1、滚动接触问题及先行理论、滚动接触问题及先行理论NorTanGContact at one pointContact at an area due to elasticityPressure(N
3、or)Surface shear stress(Tan)1).法向接触:接触斑形状、大小及法向应力分布Hertz接触理论:第一个法向接触解(1882)2).切向接触:基于法向解,求摩擦力分布(大小、方向)Carter第一个求解切向滚动接触(1926)1.1 1.1 1.1 1.1 赫兹赫兹赫兹赫兹法向法向法向法向接触解接触解接触解接触解Concentrated contact线弹性力学,小应变假设集中力作用下应力应变场椭圆形接触斑椭球形应力分布接触斑半长、最大应力无限半空间假设二次曲面积分P载荷,A、B几何参数1.2 Carter1.2 Carter1.2 Carter1.2 Carter切向
4、接触解切向接触解切向接触解切向接触解基于赫兹解(二次曲面、无限半空间、线弹性材料、相对狭小的椭圆接触斑、椭球应力分布等等);二维简化(平面应变问题),库伦摩擦定律,摩擦系数恒定;方形接触斑内存在方形粘着区,应力为两个椭圆分布相减;稳态滚动。By J.J.KalkerGeneralization of Galins TheoremMathematical Programming TheoryCattaneoMindlinDuvaut-Lions支持性、基础性理论2、滚动接触、滚动接触理论家谱理论家谱K K K KK K K KK K K KK K K KK K K KK K K KK K K K
5、J JJProf.J.J.Kalker,1933-20061)可解析的滚动接触理论Carter V-J,Strip theories;V-J把Carter拓展至3D,无法考虑Spin;J 提出自旋概念,被K线性理论采用;沈氏理论,小自旋2)数值滚动接触解理论K简化理论FASTSIMK精确理论CONTACT2.1 2.1 2.1 2.1 两大分支两大分支两大分支两大分支By J.J.Kalker自旋!自旋!Kalker工作的直接基础;可用来导出Hertz理论、Cattaneo shift解和V-J理论。a)a)Generalization of Generalization of Galins
6、Galins TheoremTheoremBy J.J.Kalker2.2 2.2 2.2 2.2 支持、基础理论支持、基础理论支持、基础理论支持、基础理论滚动接触数值解建模数学基础;控制方程和边界条件虚功原理变成等效积分弱形式最小位能原理、最小余能原理,将原问题转化为等效形式的变分问题。b)b)Mathematical Mathematical Programming Theory Programming Theory(数学规划法数学规划法数学规划法数学规划法)By J.J.Kalker推导了接触问题的变分不等式(基于虚功原理)。被Kalker用于数值求解摩擦接触问题。c)Duvaut-Li
7、onsc)Duvaut-LionsBy J.J.KalkerBy J.J.KalkerHertz接触的no-slip问题d)Cattaneo and Mindlin shiftd)Cattaneo and Mindlin shift切向力作用下的切向解旋转趋势下的切向解By J.J.KalkerV-JStrip theories;Johnson自旋理论;Kalker 线性理论;沈氏理论。2.3 2.3 2.3 2.3 可解析的滚动接触理论可解析的滚动接触理论可解析的滚动接触理论可解析的滚动接触理论a)Vermeulen-Johnsona)Vermeulen-Johnson理论模型(无自旋三维滚
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