移船架走輪與鋼軌接觸沖擊有限元仿真分析

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(1.中國人民解放軍95958部隊，上海 200120；2.武漢理工大學 能源與動力工程學院，武漢 430063)

移船架是船舶下水的一種重要裝置，其走輪系統由數百對走輪(平衡輪、邊輪)、輪軸、軸承以及軌道等結構組成[1]。在超低速運行過程中受力較為復雜，尤其在軌縫間沖擊劇烈，容易引起瞬時超負荷，接觸應力增大，使走輪、輪軸等結構出現變形、斷裂的現象。走輪系統一旦損壞將嚴重影響移船架運行的安全性與平穩性。為了排除潛在的危險，提高船舶下水的安全性，必須對移船架的可靠性進行周密的計算。本文就移船架在超低速行進時的輪軌沖擊狀況展開討論，分析行進速度、載荷和軌頭高度差等參數對走輪在軌縫處所受沖擊的影響。

1 有限元模型描述

1.1 移船架輪軌幾何參數及機械性能

應用ANSYS/LS-DYNA建立鋼軌與走輪的彈塑性三維有限元模型，用該模型仿真計算走輪在鋼軌上低速行進時沖擊鋼軌軌頭的過程[2-3]。此模型中鋼軌采用73 kg/m重軌，走輪材料選用QT600-3號球墨鑄鐵。各部分幾何參數見表1。

表1 走輪的幾何參數 mm

走輪與鋼軌力學性能如表2所列。

表2 輪軌材料及其力學性能

1.2 模型的建立與網格劃分

考慮到分析的完整性，在仿真中采用整體建模。將其力學模型簡化為二維形式，見圖1。

圖1 軌縫沖擊二維力學模型

該模型由鋼軌1、鋼軌2和走輪三部分組成，當走輪從鋼軌1向鋼軌2運動時，易在鋼軌2的軌頭處產生沖擊。在模型中，x軸表示橫向，y軸表示垂直方向，z軸表示軌道方向，即走輪的滾動方向；……