1. 研究目的与意义（文献综述）

所谓钢轨波磨是指轨头顶面或侧面波浪形的不均匀磨损或塑形变形。其研究历史可追溯至一百多年前，自1892年印度铁路发现波磨现象以来，世界各国铁路相继出现波磨现象。从上世纪60年代开始，我国各大铁路干线[1]和北京地铁[2]均相继出现了波磨现象。而且50kg/m钢轨到75kg/m钢轨，波磨现象有增无减。随着波磨范围的扩大，其影响也越来越大。钢轨波磨不仅使得钢轨更换量与养护费用大大增加、产生噪音污染等环境问题，而且严重制约了车速的提高，也给行驶安全带来了隐患。所以，加强对钢轨波磨现象的研究，提出钢轨波磨的预防措施与消除方法，对于社会具有重要意义。

波磨根据其波长、特征以及出现部位可分为三大类，第一类是波长小于100mm的波纹磨耗；第二类是波长介于100~200mm之间的中波长磨耗；第三类是波长大于200mm的长波磨耗。波长的成分一般认为是随机的，或者是由有限个波长组成。研究表明，波磨的产生与轨道条件与运营条件有关，文献[3, 4]认为，大轴重情况下主要产生短波波磨，而高速铁路主要产生长波波磨。但实际上，普通铁路、高速铁路、重载铁路等都会产生长波波磨和短波波磨[5, 6]。而对于钢轨波磨的形成机理，各国学者对其进行了大量的研究，提出了多种学说[7-10]，主要包括：①轮轨瞬态动力学相互作用引起摩擦功波动机理；②簧下质量的P2共振振动机理；③轮对左右车轮的摩擦扭转自激振动机理；④粘—滑引起的轮轨系统自激振动机理。目前，学术界所普遍接受的钢轨波磨机理是瞬态动力学相互作用从而引起摩擦功波动的机理，并且发展了基于轮轨瞬态动力学和摩擦功仿真来预测钢轨波磨的方法[11, 12]。Hempelmann认为钢轨的“pinned-pinned”共振是波磨的产生原因[11]；Ilias研究发现较硬的轨道支撑刚度会引起更高的摩擦功波动[13]；Wu[14]研究了多轮通过下的钢轨波磨形成规律；金学松[5, 15]发展了基于该方法迄今为止最为全面的三维轮轨系统动力学波磨预测模型[16]，其研究结果认为轨道几何不规则、轨枕离散支撑以及轮对蛇形运动是引起钢轨波磨的主要原因。另一种观点认为，钢轨波磨的成因是轮对的扭转振动，闫子权等人[17]建立了轮对三维有限元模型进行研究，其中一阶扭转振型是同一轮对的两个车轮反向转动，二阶扭转振型是同一轮对的两个车轮反向转动，并进行了仿真分析验证了轮对的扭转振动与钢轨波磨存在紧密的联系。此外还有观点认为，钢轨波磨是由轮轨系统的摩擦自激振动引起。Clark较早提出了这个观点；Brockley[18]则更进一步认为轮轨系统的摩擦自激振动引起钢轨波磨；Sun[19]假设了轮轨横向蠕滑力饱和并具有蠕滑力—蠕滑率曲线负斜率特性，以此来研究波磨产生机理。而由于轮轨横向蠕滑力—蠕滑率曲线负斜率特性假设较多，故学术界接受该理论的学者不多。

尽管各国专家学者提出了如此多的观点，但由于钢轨波磨成因复杂、影响因素多，到目前为止仍未形成解释其产生机理的统一学说。

虽然关于钢轨波磨的研究很多，但其仍是铁路交通方面的世界性难题。近年来，许多学者也提出了钢轨波磨的减缓与改善措施，如增加铁路曲线半径，使其尽量大于500m;添加钢轨吸振器或减震型扣件；使用摩擦调节剂等。

2. 研究的基本内容与方案

由国内外文献阅读得知学术界目前关于钢轨波磨的成因尚未有统一定论，而扭转振动则是钢轨波磨的可能成因之一。

所谓扭转振动是一种振动形式，是由于作用在机构上的扭矩随时间变化而产生的旋转振动。

这种振动破坏性极强，尤其是其振动频率接近机械结构的固有频率时破坏性更强。

3. 研究计划与安排

第1周：了解钢轨波磨以及应变片的研究现状，对比应变片与其他传统方式测力的特点；

第2周：分析各类结构的应变片，决定本实验台所使用的应变片，完成英语文献的翻译工作；

第3、4周：完成钢轨波磨综述的撰写、准备开题报告；

第5-9周：分析各种测量的方式，学习应变片的使用方法和方案设计；

4. 参考文献（12篇以上）

1. 张学华, 城市轨道钢轨波浪形磨耗的产生和预防. 上海铁道科技, 2008(1).

2. 杨广武，彭华，王佳妮，蔡小培, 基于工程类比的北京地铁钢轨异常波磨整治方法. 北京交通大学学报, 2013. 37(4).

3. 刘学毅，印洪, 钢轨波形磨耗的影响因素及减缓措施. 西南交通大学学报, 2002(37): p. 483-487.

4. 刘学毅，王平，万复光, 重载线路钢轨波形磨耗成因研究. 铁道学报, 2000(22): p. 98-103.