轨廓分区法：轮轨接触全面计算与仿真改进

轨廓分区法全面计算轮轨接触关系研究是一项针对车辆—轨道耦合动力学仿真的重要技术，由倪平涛、王开文和张卫华等人在西南交通大学牵引动力国家重点实验室进行探讨。该研究旨在提升仿真模型的真实性和准确性，特别是在处理轮轨之间的复杂接触情况时。 首先，作者引入了迹线法原理和轨廓分区法，这种方法允许在考虑轮对的多种运动自由度，如横移、浮沉、摇头和侧滚，以及钢轨的横向移动、浮沉和侧滚的基础上，精确计算轮轨之间的最小间隙。这种计算不仅涵盖了正常的车轮踏面与钢轨顶面的一点接触，还包括非正常的一点接触（如轮缘与轨侧接触）、两点接触甚至车轮悬浮的情况。 传统车辆动力学模型往往忽略了这些复杂的接触模式，只关注于一点接触的静态分析。然而，这种方法能够动态模拟轮缘与轨侧的摩擦状态，例如在小半径曲线行驶时的滑动摩擦和严重爬轨时的蠕滑现象。通过这种方法，可以准确地确定每个接触点的轮轨法向力，从而提高仿真的实际应用价值。 计算过程中，作者引入了非线性赫兹接触理论，这是一种用于计算非线性弹性接触问题的理论，它在确定轮轨接触力时尤为关键。利用新型快速显示积分法，可以实时获取所有相关参数的当前步计算值，进一步增强了模型的实时性和精度。 具体来说，计算原理涉及到刚性直杆与两组弹簧的接触模型，这个模型有助于理解轮对与钢轨的动态交互。通过对轮轨之间的间隙进行细致测量，可以确定是否存在接触，并计算出相应接触点的法向力。这种方法不仅适用于传统的轮轨接触关系分析，还能为更高级的动力学仿真提供有力支持，使得车辆在实际运行中的动态行为得到更为真实的再现。 总结，轨廓分区法全面计算轮轨接触关系的研究突破了传统动力学分析的局限，提高了轮轨接触状态的模拟精度，对于理解和优化机车车辆的运行性能，防止轮轨磨损，提升行车安全性具有重要意义。