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铁轨热应力分析

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文章来源:WeChat Official Account:仿真社     

南方的夏天,高温天气强势来袭,铁轨温度可高达70°C。铁轨在高温下会发生膨胀现象,进而引起热应力。铁轨在热应力作用下发生变形,这为铁路行车设备带来了极为不利的影响。为了更好的维护铁轨安全,了解其热应力产生过程尤为重要。鉴于此,本文建立了如图1所示铁轨模型,考虑了铁轨温度从20°C变化到70°C产生热应力的过程,其热膨胀系数为1.2e-5。图2为热应力图,最大Mises应力为885.7MPa,位于底平面的角上。

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图1 铁轨模型

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图2 热应力图

 

       考虑到结构受力和几何的对称性,建立了如图3所示的有限元模型。在热分析中,忽略传热过程,材料参数只需要线膨胀系数和弹性模量,图4展示了这两个参数的详细取值。其中弹性模型为210GPa,泊松比为0.3,线膨胀系数设为1.2e-5。图5展示了模型所施加的温度载荷,初始温度为20°C,在step-1后温度为70°C。温度的设置在预定义场中完成。模型的对称面设置成对称约束,其底面为固定约束。由于温度的升高,构件发生膨胀,而施加在构件上的约束限制了其自由膨胀,故而产生了热应力。图6呈现了在温度变化下的铁轨最大和最小主热应力的云图,由图可知,最大热压应力为1180MPa,而钢轨的屈服强度一般为450MPa,远远超过了该阈值。

 

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图3 有限元模型

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图4 材料参数

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     图5 温度载荷

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图6 最大/最小主热应力云图


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首次发布时间:2021-07-22
最近编辑:3年前
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硕士 ABAQUS/LS-DYNA探索者
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