时速300公里以上高速列车轮轨黏着特性研究

轮轨黏着是关系高速铁路行车安全和正常运营的关键问题。掌握高速轮轨黏着特性已成为亟待解决的课题。本项目拟通过试验、理论分析和数值模拟的手段揭示300 km/h以上高速轮轨黏着机理。首先通过系统试验研究掌握高速轮轨在干态条件下的黏着特性，建立高速轮轨黏着特性与车辆运行参数、轮轨几何参数和轮轨界面状态之间的关系。其次，通过对轮轨间"第三介质"的试验，研究"第三介质"对高速轮轨黏着的影响机理，其中包括对轮轨黏着起负面作用的各种污染物和起正面作用的各种增黏物质。本项目还将基于弹流理论，结合有限元法，建立可考虑轮轨实际形状、热效应和液体粘温特性的轮轨黏着模型，对轮轨间存在水/油等"第三介质"的情况进行数值模拟。通过上述研究，系统全面地认识高速轮轨黏着机理，在此基础上建立考虑轮轨黏滑特性的高速轮轨滚动接触理论模型，为考虑驱动制动动力特性和控制的高速列车系统动力学研究提供有效工具；提出解决轮轨低黏着措施。

轮轨黏着是关系高速铁路行车安全和正常运营的关键问题。掌握高速轮轨黏着特性是亟待解决的课题。本项目的主要工作包括：1）首次建立了同时考虑温度、弹塑性和界面流体流变效应的二维高速轮轨黏着数值模型，发现界面流体的非牛顿效应对轮轨黏着几乎没有影响，基于该结果，最后建立了考虑温度和弹塑性的三维高速轮轨黏着数值模型。成功地拓展了传统的热弹流计算方法，使其能够适用于轮轨摩擦副的黏着计算。数值模型得到了很好的试验验证。通过模型的比较，发现弹塑性对黏着系数的影响是有限的，温度对于黏着系数的影响很大。从数值角度解释了速度、表面粗糙度、轴重、表面纹理、温度、流变特性、滑移率等因素对高速轮轨黏着特性影响的机理。2）开展了轮轨黏着试验研究，掌握了轮轨表面分别在干态条件和存在“第三介质”下轴重、速度、蠕滑率和冲角等轮轨运行参数对轮轨黏着特性的影响规律。3）开展了轮轨增黏试验研究，研究了砂、氧化铝颗粒、研磨块在水态和油态下对轮轨黏着系数的影响，同时研究了各种增黏措施对轮轨表面损伤的影响。研究结果可为高铁现场中提高轮轨黏着系数并降低轮轨损伤提供了重要技术和理论指导。4）建立了考虑黏滑特性的高速轮轨瞬态滚动接触力学模型，探明了轮轨发生低黏着时的高速滚动接触行为，再现轮轨擦伤发生过程。.项目执行期间，共发表期刊论文13篇和国际会议论文7篇，其中SCI论文5篇，EI论文7篇。参加国际学术会议共23人次，其中口头报告7次。邀请国外专家来作学术报告8人。共培养博士研究生3人，硕士研究生8人，已毕业博士2人，硕士7人，博士后出站1人。项目负责人获得第十三届四川省青年科技奖；1篇硕士学位论文获得四川省优秀硕士学位论文；1篇硕士学位论文获得西南交通大学优秀硕士学位论文。