高速列车轮轨接触与粘着行为和磨耗机理研究

高速列车轮轨关系是确保高速铁路行车安全和正常运营的关键。本项目拟通过试验、理论分析和数值模拟的手段，研究高速列车设计和实际运营中均面临的轮轨接触行为、粘着特性和磨耗等关键问题。在广泛调研目前高速列车轮轨运行状态的基础上，建立考虑高速惯性、接触振动、接触表面形貌的高速轮轨滚动接触模型和含轮轨刚柔特性的车辆轨道耦合动力学模型，研究高速轮轨接触行为；实验模拟研究高速轮轨粘着特性与车辆运行参数以及轮轨界面状态之间的关系，建立考虑轮轨实际形状和热效应的轮轨粘着模型，系统认识高速轮轨粘着机理；建立车辆轨道耦合动力学模型、轮轨滚动接触理论和材料摩擦磨损模型为一体的高速轮轨磨耗理论模型，结合轮轨材料微观损伤机理及匹配实验研究，揭示我国高速车轮踏面磨耗和多边形磨耗形成机理。最后提出解决轮轨低粘着和高磨耗问题的措施，同时提出考虑车辆悬挂特性、轮轨磨耗特性和轨道特性的高速列车轮对最佳镟修型面设计方法。

高速列车轮轨关系是确保高速铁路行车安全和正常运营的关键。本项目采用试验、理论分析和数值模拟相结合的思路，系统研究了高速列车设计和实际运营中均面临的轮轨接触行为、粘着特性和磨耗等关键问题。. 在为期四年的项目执行期内，项目组完成了项目研究计划，实现了预期目标。成功建立了考虑高速惯性、接触振动、接触表面形貌的三维高速轮轨瞬态滚动接触力学模型、考虑轮对高频柔性的高速车辆/轨道耦合动力学模型和考虑轮轨实际形状和热效应的基于弹流理论的高速轮轨黏着模型，并用于研究高速轮轨间动态接触行为和粘着机理。利用轮轨滚动接触试验装置探明了不同条件下的轮轨黏着规律，对比了各种轮轨增黏剂的效果，探讨了轮轨增粘与损伤之间的关系。掌握了我国部分高速线路车轮磨耗及京沪高铁钢轨波磨的特征和演变规律，揭示了高速钢轨波磨的形成机理。开展试验台试验，研究了高速轮轨材料的摩擦磨损行为，分析了车轮材料硬度、成分和表面激光处理等对轮轨材料性能的影响，观测了高速轮轨材料摩擦磨损过程中的材料组织结构变化，揭示了白层特征。通过优化热处理过程，研发了一种具有不同组织结构的新型车轮钢。提出考虑车辆悬挂特性、轮轨磨耗特性和轨道特性的高速列车最佳轮对镟修型面设计方法，优化了高速车轮镟修阈值，设计了新的高速车轮踏面。. 项目执行期间，共发表论文67篇，其中SCI论文28篇；主办国际会议1次，参加国际会议共18人次；已授权发明专利2项，实用新型专利6项；入选教育部“长江学者”奖励计划1人，入选科技部中青年科技创新领军人才1人；共培养已毕业博士13人、硕士31人、博士后4人。. 本项目大大推进了高速轮轨接触行为、粘着特性和磨耗领域的知识边界，并为相关研究建立了有力的研究工具。