FRONTIER前沿铁路轨距挡板选材及数值模拟分析■文/邓荣坚高雄范欣愉肖鹏轨距挡板是轨道扣件系统的重行过程中钢轨与各部件之间会产生强析，同时还可以做系统级的分析和研要组成部分，它用于与螺旋道钉、金属烈的震动，影响到轨道的稳定性和舒究.Abaqus.系统级分析的特点相对弹条和挡板座配合固定钢轨，阻止钢适性，因此研究新的材料来代替传统于其他的分析软件来说是独一无二轨的横、纵向位移，防止钢轨领翻，对的金属轨距挡板是十分必要的。铁路的安全运行至关重要。我国作为本文选取2种新颖的材料一一各拟复杂系统的可靠性而被各国的工业铁路大国，轶路网络四通八达，轨道挡向同性材料长碳纤增强环氧树脂实践和科学研究广泛采用.Abaqus在版的质量好坏直接影响轶路运输的安(BMC)和各向异性材料连续碳纤增大量的高科技产品研究中都发挥着巨全，从而影响到我国经济的发展。强环氧树脂CFRSP),建立轨距挡板大的作用。现有的轨距挡板一般采用金属的静力学模型，通过有限元分析软件本文的数值班模拟分析是基于材料如Q235,一方面轨距挡板长期在Abaqus作数值模拟分析，判断其是否Abaqus对各向同性材料和各向异性户外使用时容易发生点腐蚀和应力可以满足在极端载荷下的应用。材料展开。腐蚀裂纹，且在应力集中的地方裂纹容易延伸，绣蚀也会沿着裂纹向内延一、Abaqus简介二、分析讨论伸，另一方面，使用金属材质轨距挡1.材料参数板会导致轨道绝缘等级下降，对轨道最强的有限元软件1，可以分析复杂本文分析选取的BMC和信号的传输产生不利影响。腐蚀的轨的固体力学和结构力学系统，特别CFRSP,材料性能分别见表1和表2距挡板必须更换，否则会引起安全事是能够驾驭非常庞大复杂的问题和所示。故，而更换轨距挡板对于庞大的轶路模拟高度非线性问题.Abaqus可以CFRSP材料的辅层信息为网络来说是一项庞大的工程。另外，由做单一零件的力学和多物理场的分于金属轨距挡板的刚性高，在列车运前沿FRONTIER表1BMC材料性能层，单层厚度0.15mm,0·方向为典型特性标准单位数值沿着轶轨的方向.90·方向辅层数量约占整个辅层数的60%，此设计纤维含量%58目的是为了抵抗轶轨对轨距挡板最纤维长度mm大60kN的横向载荷.所用碳纤维为密度g/cm>1.47T700级强度达4900Pa,模量达收缩率1S025770.1230GPa,保证了材料具备足够的强度热变形温度EN ISO 75-2150和刚度。2.静力学模型的建立杨氏模量ENIS0527-4GPa30如根据图1(a)所示的实拉伸强度ENIS0527-4MPa300物，根据实物图通过三维建模软件ENIS014125MPa300Solidw0rks分别建立轨距挡板、弹ENIS014125GPa条、挡肩和轶轨的三维模型并组装起冲击强度EN ISO 179160来，得到的模型图如图1(b)所示。其中轨距挡板和弹条为3D实体模型，而GB/T3354-19990.29挡肩和轶轨为刚体壳模型（忽略其变形的影响).轨距挡板外形和尺寸严格表2 CFRSP材料性能按照中国铁路总公司企业标准Q/CR典型特性标准单位数值564-2017来建模，板厚8mm.模型建完后保存为STEP通用格式，再导入纤维含量Abaqus里作分析。纤维长度mm连续密度g/cm1.5收缩率热变形温度EN ISO 75-2150弹纵向拉伸强度GB/T3354-1999MPa1750纵向拉伸模量GB/T3354-1999GPa134横向拉伸强度GB/T3354-1999MPa49横向拉伸模量GB/T3354-1999GPa8.9泊松比GB/T3354-19990.285(a)实物图纵向压缩强度GB/T3856-1999MPa1030弹条纵向压缩模量GB/T3856-1999GPa130挡肩铁轨横向压缩强度GB/T3856-1999MPa138横向压缩模量GB/T3856-1999GPa9.5纵横剪切强度GB/T3355-1999MPa106轨距挡板纵横剪切模量GB/T3355-1999GPa4.7(b)模型图层间剪切强度JC/T773-1996MPa71图1轨距挡板组装图ndd66FRONTIER前沿边界条件与载荷如下：挡肩为全约束，轶轨只保留横向自由度并对轨距挡板施加横向极限载OkN,弹条RP只保留竖向自由度并对轨距挡板施加1OkN的压紧力I,轨距挡板与挡肩、弹条和铁轨之间均为有摩擦的接触，摩擦系数为0.3边界条件与载荷的示意图见图2所示，为了更清晰表达，图中轨距挡板被隐藏。图2边界条件与载荷3.网格划分与单元选择网格划分就是把模型分成很多小的单元，作为有限元分析前处理的重中之重，网格划分与计算目标的匹配程度、网格的质量好坏，决定了后期有限元计算的质量。网格质量是指网格几何形状的合理性。质量好坏将影响计算精度。质量太差的网格甚至会中止计算。直观上看，网格质量可用细长比、锥度比、内角、翘曲量、拉伸值、边图3轨距挡板网格节点位置偏差等指标度量。为了得到高精度的计算结果，本文对轨距挡板进行多次分割，最终全部划分为结构化六面体网格，如图3所示，单元选择一阶单元C3D8R,共13135个单元。其余组件的网格划分如图4所示，弹条为结构化六面体网格，单元为一阶单元C3D8R,共3003个单元：挡肩为四边形网格，单元为一阶单元图4弹条、挡肩与铁轨的网格R3D4共1045个单元：轶轨为四边形网格，单元为一阶单元R3D4,共770个单元。4.结果分析如图5所示，在轶轨的极限横向载荷60kN作用下，轶轨和轨距挡板都发生了0.96m的横向位移，小于3mm,这表明轨距挡板的弹性变形满足EN13481-2规范的要求a。目前，较为常用的材料破坏准图5BMC材料模型位移云图