矫直计算中钢轨截面简化的有限元分析
重轨压力矫直过程中残余应力的有限元模拟
前言 。 钢轨是保证铁路正常运营和安全的 重要构件 ，而残余应力对钢轨的使用性能有重 要 的影 响， 如果在钢轨 内存在过大的残余应力 ， 则将会 引发 和促进钢轨疲劳和断裂 ，对铁路行 车安全构成 了很大 的潜在威胁 。而钢轨在经过 轧制 、 冷却 、 矫直工艺后 ， 残余应力 的最终大小 和分 布则取决 于矫直工艺 。本文通过建立压 力 矫直 的模 型来模拟辊式矫直过程 ，从而能更好 的分 析矫直 过程 中每一 个辊 处 的应力应 变规 律。为进一步的研究 钢轨 的矫直残余应力 提供 了一 种 新 的方 法 。 ｌ弹 塑性 有 限元 基 本 原 理 目前 对 材 料 塑 性 变 形 行 为 的 描 述 主 要 有 刚 塑性 、 塑性 、 塑性 及 粘 弹塑 性 几 种 【１ 弹 粘 ｌ。对 １ ２ 于矫直问题 ， 用弹塑性 变形规律来建模 。 采 弹塑 性变形理论包 括三个 部分 ： 屈服 准则 、 流动 法则 和 强 化 准 则 ，矫 直 问题 主要 涉 及 屈 服 准 则 和 强 化准则 。 １１ 服 准 则 ．屈 屈服 准则决 定 了材 料开 始屈服 时应 力水 平的高低 。 于复杂应力状态 ， 对 屈服应力是各应 力分量 的函数 ， 也可以用等效屈服应力 Ｏ 来表 ＂ ｅ
维普资讯 科 ； 源自科 苑Ｉ 谈 Ｉ 论Ｉ 王 臣 王建 国 陈 林 程 爽 云 海 滨
重轨压力矫直过程 中残余应力的有 限元模拟
（ 内蒙 古科 技 大 学 ， 内蒙 古 包头 ０ ４ １ ） １０ ０
摘 要： 利用有限元软件 Ａ Ｓ Ｓ对重轨 的压 力矫 直过程进行 了三 维有 限元模拟 ， ＮＹ 对重轨矫直过程 中的弹塑性 变形过程进行 了分析 。采用静 态 接触分析 ， 模拟 了七次反复弯曲的过程。通过分析 ， 出了压力矫 直过 程的应力、 得 应变变化规律 。并对 几种 不同的矫直规程进行 了比较分析 。 关键词 ： 重轨 ； 压力矫 直 ； 反复弯曲 ； 有限元模拟
重轨压力矫直过程中残余应力的有限元模拟
考虑的最大和最小主应力，而且还考虑了中间主应力。 本文在分析中采用米塞斯屈服准则。1.2 强化准则强化规 律一般分两种：等向强化和随动强化。在等向强化时， 屈服面的中线维持不变，随着塑性变形
的发生，屈服面大小发生改变。论文格式。对于具有各 向同性塑性行为的材料这被称为各向同性强化；随动强 化时则假定屈服面大小在塑性变形过程中保持不变，但 其位置则不断变化。钢轨的材料是一种各向同
小，轨没有发生塑性变形，只有弹性变形，最后完全弹 复，所以后几次纵向残余应力没有太大变化。论文格式。 图5是三种规程在经过七次反复弯曲后的纵向残余应力。 从三个规程对比来看，标准规程的应力分
布要比其它两个规程更合图5 七次弯曲后的三种规程的纵 向残余应力理。从而也证明了现场所采用的规程更合理。 而这个残余应力曲线与文献[4]基本相符。4 结论（1）利 用ANSYS的静态接触分析
近实际，因此采用三维实体模型来模拟。ANSYS用 Targe170来模拟3-D目标面，柔性体表面当作接触面，用 Conta 173来模拟。一个目标单元和一个接触单元称为一 个接触对，程序通过
一个共享的实常数号来识别接触对，为建立一个接触对 要给目标单元和接触单元指定相同实常数号。2.2 模型的 建立根据辊式矫直的几何尺寸进行建模。辊距1.6m，辊 径1.2m。有限元模型如下：图
应力对钢轨的使用性能有重要的影响，如果在钢轨内存 在过大的残余应力，则将会引发和促进钢轨疲劳和断裂， 对铁路行车安全构成了很大的潜在威胁。而钢轨在经过 轧制、冷却、矫直工艺后，残余应力的最终
大小和分布则取决于矫直工艺。本文通过建立压力矫直 的模型来模拟辊式矫直过程，从而能更好的分析矫直过 程中每一个辊处的应力应变规律。为进一步的研究钢轨 的矫直残余应力提供了一种新的方法。1弹塑
60kg钢轨轨形孔变形的有限元分析
!"#$／%钢轨轨形孔变形的有限元分析郭华邓勇康永林张清泉（攀钢（集团）公司）（北京科技大学）（!"#成都办事处）&前言随着我国铁路运输的快速发展，铁路建设对满足“高纯净度、高尺寸精度、高平直度、高表面质量”的“四高”要求钢轨的需求不断增加。
攀钢作为我国最大的钢轨生产基地之一，历年来非常重视钢轨实物质量的提高，引进世界著名的非线性有限元分析软件!"#$!%&’软件来进行钢轨孔型系统优化便是其举措之一。
自上个世纪八十年代以来，随着计算机技术及数值计算方法的发展，以有限元法为代表的数值模拟技术逐渐成为强有力的金属塑性加工过程分析工具，国外知名钢铁企业广泛应用有限元软件在计算机上进行工艺方案和工艺参数优化设计。
目前，板材轧制过程的有限元数值模拟分析技术已进入实用化阶段［(］，而棒、线、型材轧制变形的有限元分析正在广泛的开展，不过其分析更为困难，主要在于其断面复杂，轧件接触轧辊的不同时性和轧件各部位压下的不均匀性以及由此产生的严重不均匀变形，只有三维有限元模拟才能比较真实反映其变形过程。
本文借助非线性有限元分析软件!"#$!%&’成功地进行了钢轨在轨形孔中变形的三维刚塑性有限元分析，获得了钢轨精轧变形过程中应力分布、应变分布及金属的三维流动情况，深入研究了工艺参数对钢轨轨高尺寸精度的影响规律，其结果对于改进和优化钢轨孔型系统具有积极的意义。
’刚塑性有限元法的广义变分原理及分析模型的建立)$(刚塑性有限元法的广义变分原理［)］钢轨在精轧机架的轨形孔中变形时，其体积基本不发生变化，因此，本文采用刚塑性有限元法进行分析。
对于刚塑性有限元法，其屈服准则采用!*+,+屈服准则，即()!-*.!-*./0)（(）满足!*+,+屈服准则的应力和应变速率关系式为!-*./!)01"*.1"*!.1"*.（)）式中：!-*.———应力偏量分量1"*.———应变速率张量分量同时，建立的刚塑性有限元基本方程还包括微分平衡方程、速度和应变速率方程、体积不可压缩条件及其边界条件。
钢板弹簧简化模型有限元分析
湖北汽车工业学院Hubei Automotive Industries Institute分析计算说明书课程名称车辆工程专业课程设计设计题目钢板弹簧简化模型的有限元分析班级 T843-2 专业车辆工程学号 20080430232 学生姓名杨强指导教师（签字）起止日期2011年 12 月 19 日- 2011 年 12 月 30 日2012年 2 月 20 日- 2012 年 2 月 24 日目录1 引言 (3)2设计要求 (3)3 分析所用数据 (4)4 分析过程 (4)4.1简化模型一的分析过程 (4)4.1.1模型的建立及网格划分 (4)4.1.2 加载与求解 (6)4.1.3 收敛性分析 (12)4.2简化模型2的分析过程 (14)4.2.1建模 (14)4.2.2网格划分 (14)4.2.3加载与求解 (15)4.2.4简化模型二的优化设计 (18)5 课程设计的心得体会 (22)6 参考文献 (22)钢板弹簧简化模型的有限元分析1 引言钢板弹簧是汽车非独立悬挂装置中常用的一种弹性元件。
其作用是传递车轮与车身之间的力和力矩，缓和由于路面不平而传递给车身的冲击载荷，衰减冲击载荷所引起的振动，保证车辆的行驶平顺性。
钢板弹簧结构简单，维修方便，成本低廉，在悬挂系统中可兼起导向作用，因此得到极为广泛的应用，其疲劳特性与阻尼特性对车辆行驶的可靠性和安全性有重要意义。
本文对钢板弹簧简化模型结构进行有限元分析，弄清楚其应力分布的规律。
采用各种网格对模型对模型划分，并作出了比较，计算了模型的最大misses应力和变形，用对称结构进行了计算，用目标驱动优化功能对模型做了结构优化设计。
2设计要求图2.1如图2.1所示钢板弹簧的简化模型，受力情况如上，要求：（1）采用四面体，六面体及自由方式进行网格划分，计算各情况的钢板弹簧三维简化模型的最大misses应力，变形和安全系数；（2）采用二维单元计算模型的最大misses应力，变形；利用结构的对称性对二维模型进行计算；（3）若钢板弹簧简化模型改为图2.2，分析结构的三维简化模型的最大misses应力，变形和安全系数；图2.2（4）利用参数化研究与目标驱动的优化功能对结构进行优化设计；3 分析所用数据（1）板长900mm，宽250mm,厚25mm；（2）材料弹性模量211Gpa，泊松比0.3；（3）左右两侧各受到大小4500N的集中力；（4）中部沿宽度方向受到铅垂方向的约束；4 分析过程4.1简化模型一的分析过程：4.1.1模型的建立及网格划分：模型的建立如图4.1所示图4.1（1）采用solid187（10 Node Quadratic Tetrahedron）对模型网格划分：(单元大小：5mm) 得到节点数：206919 单元数：129894 如图4.2所示图4.2（2）采用六面体网格划分：所用到的单元为：Solid187（10 Node Quadratic Tetrahedron）Solid186（20 Node Quadratic Hexahedron）Solid186（20 Node Quadratic Wedge）Solid186（20 Node Quadratic Pyramid）得到的节点数：112079 单元数：24151 如图4.3所示图4.3（3）采用扫掠方式划分：所用到的单元：Solid186（20 Node Quadratic Hexahedron）Solid186（20 Node Quadratic Wedge）得到节点数：111485 单元数：23535 如图4.4所示图4.44.1.2 加载与求解采用四面体单元进行分析计算如下：（1）约束及加载如下：两个集中力加载在两个尖角的线上，固定支撑在底面的线上如图4.5所示图4.5求解结果如图4.6所示：位移图：最大位移3.245mm图4.6应力图如图4.7所示：最大应力960.02Mpa图4.7（2）上述结果应力值较大，出现了奇异，最大应力的部位均位于两个尖角处，且区域很小，分析可能是与实际的工况不符合，加载方式不合实际，改进如下：将中间的固定约束施加在中间整个面上，再进行求解如下：得到结果如下所示：位移图如图4.8所示：最大位移2.2374mm应力图如图4.9所示：最大应力960.02 Mpa图4.9（3）可以看出应力并没有变化，可能是两端的集中力的施加位置不合实际，考虑到钢板弹簧两端和各有一个卷耳，套在U型螺栓上，故集中力应施加在一个区域上，由一定的面积来承受此力，想到将此集中力施加在两个边角处，具体操作通过添加一个印记面来实现，如下图所示：三角形的底边长50mm，如图4.10所示图4.10网格划分采用四面体，size设置为5mm，约束低面的一条线固定支撑，集中力加载在两个印记面上：求解后最大应力为162.74Mpa,应力图如图4.11所示，应力减小较多，可见两个集中力的影响较为显著。
重轨矫直过程应力演变规律数值模拟分析
重轨矫直过程应力演变规律数值模拟分析仝伟;李泽远;常国;陈林【摘要】应用有限元模拟软件ABAQUS对材料为U75V、弦高为80 mm的重轨,在标准规程20.9-13.2-5.6-5.4下进行矫直数值模拟,分别分析了重轨在整个矫直过程的内部应力形成机理及变化规律.结果表明:在各个矫直变形区内,轨头和轨底受到的应力较大,轨腰处的应力较小,且矫后钢轨内部残余应力在轨底为最大是242 MPa.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2013(032)002【总页数】4页(P129-132)【关键词】重轨;矫直;残余应力;数值模拟【作者】仝伟;李泽远;常国;陈林【作者单位】内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】U213.4铁路运输是一种安全、高效、低耗及对环境污染小的运输方式，因此在各国运输业中占有更加突出的地位.重轨的平直度直接影响着列车的运行速度和安全性以及旅客的舒适性，也是决定重轨使用寿命的重要参数［1］.所以，现在重轨的加工对最后这道工序越来越重视.在矫直过程中，重轨内部的残余应力又是影响重轨质量的重要因素.因此，在重轨矫直后在保证重轨平直度的前提下，确保内部残余应力也是至关重要的.本文以包钢的平立复合矫直方式为背景，采用了ABAQUS软件进行有限元模拟，研究了重轨矫直过程中残余应力的演变规律.为现场控制残余应力提供理论依据.重轨矫直过程的计算模拟中，矫直辊的尺寸为包钢所用的复合矫直机矫直辊的实际尺寸，矫直辊的实际空间位置为现场生产中的实际空间相对位置.采用包钢引进的德国SMS公司的复合矫直机为:水平辊8+1，立辊7+1.水平辊和立辊各项基本参数如表 1，2.通过上述矫直辊的参数，在有限元模拟软件ABAQUS中，建立三维模型，模型如图1所示.矫直辊在矫直过程中变形几乎为零，可以定义为刚性体，选择刚性材料模型，矫直辊不需要定义材料参数.重轨采用塑性材料模型，使用材料为U75V，化学成分为［2］（质量分数，﹪）:C 0.71 －0.8，Si 0.5 －0.8，Mn 0.7 － 1.05，P ≤0.03，S ≤0.05，抗拉强度σb≥980 MPa.对于塑性模型，材料U75V的基本参数见表3所示，矫直是在室温下进行，设定重轨的温度场为20℃.矫直过程是先提供给重轨一个初始速度，当重轨与水平矫直辊接触后，重轨就是通过矫直辊与重轨的摩擦来带动重轨进行矫直.在模拟过程中，矫直辊与重轨选用的是库伦摩擦，且摩擦系数为0.14［3］，矫直辊保持恒定的转速，使钢轨以1.2 m/s的速度运动.为了缩短计算时间，在保证计算精度的前提下，将质量系数放大1 000倍，计算时间将会缩短到1/100，计算效率大大提高.平立复合矫直是有8个水平辊和1个导向辊组成水平辊机组，在后面又加上8个立辊机组来矫直重轨的侧弯，通过这2组矫直辊来完成重轨的矫直.在重轨矫直过程中，在钢轨通过8+1个矫直辊时可将重轨的变形过程分成7个三角变形区［4］，如图2所示.下面就对重轨在7个矫直变形区内的应力进行分析.从重轨截面对称轴位置定义路径，用对称轴上各点的应力值来反应重轨在每个矫直区内重轨内部的纵向应力σx 变化情况.各个矫直区的应力变化值如图3，4所示.图3表示在重轨矫直过程中，在第Ⅰ变形区内当重轨距入口端3 m处的截面通过第2矫直辊时，其截面纵向应力的是从轨头到轨底由压缩应力逐步过渡到拉应力.其轨头、轨腰、轨底的纵向应力值分别是:－764，－247，579 MPa.图4显示了重轨在第Ⅱ变形区的应力，即重轨距入口端3 m处整个截面位于第3矫直辊上.重轨在第Ⅱ矫直变形区内，其纵向应力是从轨头到轨底由拉应力逐步过渡到压应力.其轨头、轨腰、轨底的纵向应力值分别是:1 130，49.3，－1 240 MPa.图5显示了重轨的整个截面通过第4矫直辊时，即重轨截面位于第Ⅲ矫直区内，其截面的纵向应力沿对称轴方向从轨头到轨底呈现压应力逐步过渡到拉应力.在轨头处，从轨头表面直到30 mm处压应力是逐步增大的.然后，应力逐步减小再过渡到拉应力.轨头的最大压应力是－1 200 MPa，轨腰处的应力为－216 MPa，轨底处的拉应力最大为1 130 MPa.图6表示了重轨距入口端3 m处的截面通过第5矫直辊，即重轨截面位于第Ⅳ变形区的纵向应力分布.从图中可以知道，截面的应力是沿对称轴方向从轨头到轨底呈现拉应力逐步过渡到压应力.在这个变形区，轨头、轨腰、轨底的残余应力值分别是:1 120，－181，－1 150 MPa.图7显示了重轨整个截面位于第6矫直辊处，即在第Ⅴ矫直区，其截面的应力沿对称轴方向从轨头到轨底呈现压应力逐步过渡到拉应力.在轨头处，从轨头表面直到18 mm处压应力是逐步增大的.而后，应力逐步减小再过渡到拉应力.轨头的最大压应力是－573 MPa，轨腰处的应力为－58.7 MPa，轨底处的拉应力最大为1 070 MPa.图8显示了重轨截面在第7矫直辊处，即在第Ⅵ矫直变形区纵向应力分布情况，在此变形区内，重轨从轨头到轨底的应力呈现拉应力逐步过渡到压应力.从图中可以看到在轨腰处的这种过渡是相当平缓的.在这个变形区，轨头、轨腰、轨底的纵向应力分别为:824，－174，－327 MPa.图9显示了重轨距入口端3 m处的截面位于第8矫直辊处，即在第Ⅶ矫直变形区的纵向应力分布情况.从应力图中可以看到，在此矫直区内重轨纵向应力从轨头到轨底呈现出压应力逐步过渡到拉应力的趋势.其最大压应力是在轨头表面是－688 MPa，最大拉应力是在轨底表面是725 MPa，轨腰处的应力只是拉压应力的过渡值为－183 MPa.图10为重轨矫后残余应力分布情况.从残余应力图中可以看到，重轨沿对称轴方向从轨头到轨底的应力状态发生了四次大的变化，从轨头表面到距轨头37 mm处残余应力的变化趋势为由拉应力变化到压应力，此时，轨头的残余应力为65 MPa，距轨头37 mm处的压应力为－167 MPa.接着从此处到距重轨轨头表面为84.6 mm处纵向残余应力状态的变化趋势为由压应力变化到拉应力，在距轨头84.6 mm处的拉应力为80.9 MPa.接下来从此处到距轨头143.3 mm处应力的状态的变化趋势为由拉应力逐步减小到压应力，在距轨头143.3 mm处的压应力为－211 MPa.然后，应力开始增大，又由压应力变化到拉应力，轨底处的拉应力为242 MPa.一般讲，重轨矫后残余应力现场的实测值是110～250 MPa范围内变化.根据上述分析，模拟矫直结果与实测值相吻合.（1）在重轨的矫直模拟过程中，重轨内部的纵向应力呈现规律是在第Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ矫直变形区内重轨沿对称轴方向从轨头到轨底由压应力逐步过渡到拉应力;而在第Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ矫直区内重轨沿对称轴方向从轨头到轨底由拉应力逐步过渡到压应力. （2）在重轨矫直过程中，重轨内部纵向应力在三角变形区内变化大部分都是呈线性增加或降低的趋势，在7个矫直区内，从轨头到轨底上升和下滑的趋势交替出现.（3）本文给出了在标准规程下，矫后残余应力分布与现场实际测出的残余应力相吻合，说明模拟结果比较准确，可以通过模拟矫直指导实际生产.【相关文献】［1］Finstermann G，Fischer F D，Shan G，et al.Residual stressesin rails due to roll straightening［J］.Metal Working，SteelRes，1998，69（7）:272-278.［2］杨玉，李晓非，金纪勇，等.钢轨化学成分对力学性能影响的研究［J］.鞍钢技术，2005，（05）:25-29.［3］Wineman S.J，McClintock F A.Rail web fracture in the presence of residual stresses ［J］.Theor.Appl.Fract.Mech.，1992，2（8）:87-99.［4］杨海波，汪家才，王卫平.重轨矫直过程应力应变模型的确定与分析［J］.北京科技大学学报，1997，（S1）:104-108.［5］CHEN Lin，TIAN Zhong-liang，GAO Mi-chao，et al.Researches on rules of the longitudinal residual stress distribution in straightening deformation zone of heavy rail with multi-rollers［J］.Materials Science Forum .2008（V 575-578），Part 1:231-236.。
金属板带矫直过程有限元分析
金属板带矫直过程有限元分析摘要：运用有限元分析软件MARC，建立金属板带矫直模型及材料模型，在500℃、600℃、700℃温度条件下对不同材料硬化模型矫直过程的矫直力和应力应变进行有限元分析，得出以下结论：1、最大矫直力发生在第3矫直辊上，模拟所得矫直力值比理论计算值要小，但其分布规律与解析法分析基本一致。
2、最大应力、应变都发生纵向纤维上，矫直过程中和矫直后材料的应力随着材料温度的升高而减小。
关键词：有限元分析；矫直力；应力应变；MARC；一、引言钢铁板带生产线上的矫直机作为保证板带质量的关键设备直接决定着最终产品的生产率和交货质量。
由于板带辊式矫直过程是一个复杂的弹塑性变形过程问题【1】，解析法对其进行分析需要一些假设，往往结果不准确，有限元法的诞生为求解实际的工程技术问题提供了有效工具。
本文运用大型有限元分析软件Marc，对金属板带的不充分变形矫直过程进行模拟计算分析。
并在MSC.Marc 中的MSC.Mentat模块输入试验所得数据，通过定义杨氏模量、泊松比、质量密度、瞬时热膨胀系数、屈服应力、热传导率、比热、潜热等参数来定义用户材料库【2】。
二、矫直模型的建立与模拟计算建立11辊辊式矫直机模型：上排5辊，下排6辊，并设置4个托辊与下排辊平行，托辊无压弯量，并将辊系定义为刚性体，不考虑矫直过程中矫直辊系的挠曲和矫直辊的压缩接触变形，矫直辊绕z轴固定轴转动，忽略矫直过程机架的弹跳变形。
同时将金属板带定义成变形体，依据矫直机模型辊距定义其长度为，取板带纵向的1/2建立模型。
对金属板带模型运用直接生成单元法与扩展法相结合的网格划分方法划分为200×5×4（长×宽×高，mm）的单元，共4000个。
边界条件定义，添加约束限制z向的运动和x、y方向的旋转，并施加9.8m/s2重力载荷，接触分析通过接触表（CONTACT TABLE）来定义，载荷工况（LOADCASES）的定义采用应力分析中的准静态。
城轨车辆轻量化不锈钢车体有限元分析
城轨车辆轻量化不锈钢车体有限元分析摘要：依照城轨轻量化不锈钢车体的实际结构，成立车体有限元模型；参考国内外城轨车辆技术标准，确信计算载荷，进行车体应力计算及模态分析，并将计算与实验结果对照，提出改良建议。
关键词：城市轨道车辆；不锈钢车体；有限元分析为提高不锈钢车辆设计和制造水平，利用 Nastran有限元软件，结合天津津滨城市轨道不锈钢动车的车体结构，成立了该车体结构的有限元模型，进行强度计算和模态分析，以查验车体设计的合理性及车体结构强度是不是达到设计要求，为进行车体碰撞分析和结构优化研究提供靠得住依据。
1 轻量化不锈钢车辆要紧参数和结构特点所研究的车辆为 B 型鼓形整体承载焊接轻量化车体结构，车辆整体要紧参数见表1，车体要紧部件利用的材料及其性质见表2。
该车体主体结构（图1）由底架、侧墙、车顶、端墙和司机室骨架组成。
轻量化不锈钢车体结构与耐候钢车体一样，也是采纳板梁组合整体承载全焊结构，但利用的板材更薄(车体外板厚 mm，梁柱厚～4mm)，因此须采纳大量薄板（一样为 mm）轧压成波纹状增强筋板与外板点焊连接形成空腔, 用来抗击剪力引发的翘曲。
增强筋板不仅可使热量堆积较少，降低蒙皮的应力，还能够使外板厚度比传统不锈钢车体减少20%左右。
车体的波纹顶板和地板选用的是 mm 厚的薄板。
车体的梁、柱依照受力不同采纳不同强度品级的不锈钢，优化设计截面形状，尽可能降低板厚，减少材料用量。
采纳轻量化技术后，其重量比一般钢车体大约可轻30%～40%。
为减小焊接变形和避免高温下不锈钢材料机械性能下降，该车体制造中大量采纳点焊技术，并用接触焊代替弧焊。
车体外墙板与骨架之间采纳电阻点焊连接，车体要紧承载结构中的梁柱之间那么采纳连接板点焊和塞焊连接，板的拼接采纳先进的滚焊方式。
由于点焊接头的强度低，接头部位强度难以知足要求，故不锈钢车体结构中骨架连接部位采纳连接板连接。
通过这种连接板连接方式不仅能够保证接头的强度，而且能够减小连接处的变形，保证车体的外观美[1]。
矫直压力对钢轨矫直参数影响的有限元分析_盛艳明
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2009 年第 5 期
EXPERIMENT ＆ RESEARCH 试验研究
形行为的塑性理论有三部分：屈服准则、流动法则和
强化准则，矫直问题主要涉及屈服准则和强化准则。
2.1 屈服准则
关键词：机械制造；矫直；钢轨；有限元 中图分类号：TG386 文献标识码：B
1 引言 在钢轨生产中，提高平直度是控制钢轨产生波
浪弯曲的基础[1]。在生产现场，一般采用多辊式矫直 机进行矫直以保证其平直度。然而，经辊式矫直机矫 直后的钢轨在轨端仍会存在弯曲（称为端部盲区）难 以矫直，这是由辊式矫直机的辊间距所决定的。钢轨 的轨端弯曲，使得线路上的钢轨对接有困难，给行车 带来影响。而辊式矫直机对端头弯曲无能为力，因 此，还必须采用压力矫直机进行端部补充矫直[2-4]。本 文在现有压力矫直研究的基础上[5-7]，针对钢轨端部 高度方向上的矫直问题，采用 ANSYS 软件进行了有 限元模拟。矫直压力作为矫直模型中的一部分，既决 定了矫直质量的好坏，又影响着矫直效率的高低。因 此，重点分析矫直压力与残余应力、残余变形和压下 量这些主要矫直参数的影响，十分必要。应用有限元
变形，如果继续加载，钢轨将出现损伤。
5 结论 本文采用有限元方法对钢轨端部的压力矫直过
程进行了模拟分析，同时分析了矫直压力对残余应 力、残余变形和压下量这些主要矫直参数的影响。通 过以上的分析，可以确定矫直压力设置的合理性，对 选择合适、恰当的矫直压力提供了帮助，以便提高矫 直效率，达到合理的矫直效果。可用于指导现场实际 生产，也为相应自动矫直机的设计开发提供了计算 依据。
在弹塑性理论中，对于超出弹性范!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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矫直计算中钢轨截面简化的有限元分析
I. 引言
1. 研究背景和意义
2. 目的和意义
II. 钢轨截面简化的有限元模型
1. 计算方法介绍
2. 基本原理和假设
3. 算法和计算流程
III. 矫直计算中钢轨截面简化有限元分析
1. 矫直过程和原理
2. 钢轨模拟分析
3. 结果分析和讨论
IV. 实验验证
1. 实验对象和测试方法
2. 实验数据记录和分析
V. 结论
1. 本论文的研究成果
2. 进一步研究的展望和意义
VI. 参考文献第一章：引言
随着铁路交通的不断发展，高速列车改善乘客的出行体验，减少行程时间，干线铁路逐渐更新换代。
然而，铁路线路超额使
用带来了铁路设备的严重磨损和变形，尤其是钢轨弯曲变形问题。
在列车行车过程中，钢轨受静载荷和动车荷载的交替作用，长期应力作用，造成钢轨轨面逐渐变形。
为了保证铁路运行质量和乘客安全，钢轨必须进行矫直。
这就需要对钢轨纵向受力及变形特性进行研究。
此外，在钢轨的设计及性能评估以及钢轨的质量管控等方面，有限元数值分析技术也得到了广泛的应用。
因此，本文采用有限元方法分析矫直计算中钢轨截面简化问题，以期为铁路行业的发展提供一定的参考价值。
第二章：钢轨截面简化的有限元模型
有限元分析的模型主要由几何模型，材料特性和约束条件组成。
本文设计了一种基于GeoMagic Studio 平台的钢轨有限元模型，模型所承载的有限元分析求解器是ANSYS。
该模型的建立包
括以下几个步骤：
1. 数据准备及三维建模
本文采用CATIA软件建立钢轨的混合模型，选用较为典型的
标准钢道型号GB2585-81作为具体建模对象，通过实际测量
得到其参数。
然后将建立的混合CAD模型导出至GeoMagic Studio平台，通过裁剪操作将模型划分成三个主要部分：轨顶、轨腰和轨底。
2. 有限元分析
基于ANSYS软件的有限元计算方法进行计算，建立钢轨截面的有限元模型。
对于每个部分，分别设置其材料、边界条件以及节点间的单元管连。
通过有限元分析，得出钢轨截面的应力分布、位移变形和载荷响应等参数。
3. 模型验证
通过与现场实际测量的矫直前后的钢轨尺寸和位移、变形等数据进行对比，来验证本文所设计的有限元模型的可行性。
第三章：矫直计算中钢轨截面简化有限元分析
钢轨矫直计算是铁路维护与保养工作中的一项重要内容。
通过钢轨矫直计算，确定钢轨的矫直量，给出具体矫直方案，并保证矫直效果。
对于矫直计算中的钢轨截面简化问题，需要进行有限元分析。
在实际工程中，由于先天条件的限制，可能会导致符合一定精度的完整建模。
在本文中，针对此问题，为了达到对钢轨进行更精准分析的目的，对钢轨截面进行简化处理。
为了实现钢轨截面的简化过程，需要先选取一些能够代表钢轨截面特征的几何形状，从而简化模型。
同时，钢轨截面的简化对有限元分析的精度也有很大的影响。
在本文中，通过对钢轨的研究，提出了重心横截面法和均匀截面法，这两种简化方法被广泛地应用在钢轨的有限元分析中。
重心横截面法是采用钢轨重心及钢轨与重心的相对位置作为主要考虑因数进行简化。
该方法相对较为简洁，计算所需时间也
较短，但该方法会忽略钢轨截面形状对应力和位移的影响。
均匀截面法则是在钢轨横截面平均分布的情况下，选取中间位置处的简化横截面代替整个横截面进行研究。
这种方法有利于维持钢轨的横截面形态，同时减少分析复杂度，提高计算准确性。
通过有限元仿真分析，可以得到钢轨在不同矫直力条件下的变形情况，从而为钢轨的矫直提供参考。
同时，对矫直处理后的钢轨变形情况进行有限元模拟仿真验证，以验证所建立的有限元模型的准确性和可行性。
最终，本文将分析结果与工程实践相结合，得出合理的钢轨矫直方案。
总结：本章通过建立钢轨有限元模型和对重心横截面法和均匀截面法进行分析，实现了钢轨截面的简化，并开展了有限元分析计算，为钢轨的矫直提供了理论依据。
第四章：有限元分析在钢轨设计及性能评估中的应用
有限元分析技术在钢轨设计及性能评估中的应用，早已得到了广泛的认可。
在钢轨设计中，有限元模拟分析主要是针对钢轨的疲劳和断裂两个工况进行研究。
对于钢轨的疲劳问题，通常需要进行低周疲劳和高周疲劳两方面的分析。
在低周疲劳方面，多数应用频率响应函数法或最大应力法，通过应力-振幅曲线
得到钢轨疲劳寿命的预测。
在高周疲劳方面，主要应用应力集中因子法和Fracture Mechanics等方法，对应力集中处或微裂
纹下的断裂问题进行分析。
对于钢轨的断裂问题，则主要应用线性弹性断裂力学理论和层裂法进行预测。
在钢轨性能评估方面，有限元分析技术可以通过建立钢轨的有限元模型，分析钢轨结构及其特性，了解钢轨的强度、振动、材料应力等方面的性能表现。
这样，在钢轨设计上，可以结合有限元分析的结果，来确定其性能指标，从而设计出更加合理的钢轨结构。
除此之外，在钢轨工程的全寿命性能分析以及钢轨的质量控制方面，有限元分析技术也得到了广泛的应用。
全寿命性能分析是钢轨了解其在服役期间逐渐退化和性能下降的问题。
通过有限元分析技术，可以预测钢轨在不同工况下所处的不同性能阶段，并对其进行预防性维护。
在钢轨的质量控制方面，有限元分析技术可以通过对钢轨的性能参数的统计分析，给出钢轨的质量评估及质量管控方案。
第五章：有限元分析在铁路车辆运行轨迹和动力学行为的研究中的应用
铁路车辆的轨迹和动力学行为是一个复杂的问题，包括列车的加速、制动等运动过程和车辆与铁轨之间的相互作用。
这些过程的研究对于优化列车运营方案，提升运输效率和保障铁路安全性具有重要的意义。
在这方面，有限元分析技术同样可以发挥其优势。
在铁路车辆运行轨迹方面，有限元分析技术可以建立车辆—铁轨系统动力学数学模型，通过该模型的计算，得到车辆的运行轨迹，包括车辆在整个运行过程中的位置、速度、加速度等相
关参数。
此外，有限元分析技术还可以将场地监测数据与模型计算的结果进行对比，来验证模型的准确性和可靠性。
在车辆动力学方面，有限元分析技术可以建立类似于车辆运行轨迹的动力学模型，通过计算模型中的参数，例如车辆的速度、加速度、惯性力、侧向加速度等，进而评估车辆在不同工况下的操控性和稳定性。
此外，在车辆的破坏安全评估方面，有限元分析技术可以利用车辆动力学模拟，预测车辆破坏的情况并进行安全性评估。
总结：本章主要介绍了有限元分析技术在铁路车辆运行轨迹和动力学行为研究中的应用。
通过有限元分析技术建立车辆—铁轨系统的动力学模型，可以研究车辆在运行过程中的行为，从而为制定更加合理的运行方案和保障铁路安全性提供理论依据。