无缝线路是二十世纪铁路轨道结构方面的重要进步,它的诸多优点使其成为高速、重载铁路轨道结构的最优选择,颇得世界各国青睐。钢轨焊接是无缝线路建设过程的重要环节,它直接决定了焊接接头的质量,对铁路安全有重要影响。因此,研究钢轨焊接关键技术,优化设计和工艺参数,提高钢轨焊接质量有重要的现实意义。闪光焊是目前钢轨焊接的主要方法,由于焊接涉及电弧物理、传热、冶金和力学等,过程十分复杂,对焊接过程温度场和应力场的分析研究一直是提高焊接质量的重要基础。本文用有限元分析软件ANSYS对钢轨锁定闪光焊的温度场和应力场进行了动态模拟,分析了闪光阶段的温度场和顶锻阶段的应力场分布,并对顶锻推瘤后钢轨的冷却变形进行模拟分析。对钢轨闪光焊机机头机构组成进行了设计分析,并着重对颊板受力进行了理论分析。经实际验证,模拟结果与实测结果基本吻合,分析模型正确。本论文的完成,可对钢轨闪光焊机的结构尺寸、材料的确定及焊接工艺关键参数的选择提供有力的依据,使闪光焊机的设计从经验设计跃至科学设计。为进行钢轨闪光焊温度场模拟分析,本文建立了对称有限元模型,运用单元“生死”技术模拟闪光阶段的物质烧损,提出了闪光焊电热耦合过程的模拟方法。通过实际钢轨焊接试验,用红外电视图像测温法测得钢轨焊接时的温度场。两者对比结果表明:用此模型的有限元分析结果能较好的反映实际温度场,并在此基础上分析了不同夹具起始距离L0对焊接温度场的影响。虽然焊接温度场和应力场是双向耦合的,但由于应力场对温度场的影响非常小,再加计算条件限制,本文只考虑温度场对应力场的影响。用ANSYS软件的热—结构耦合功能,利用间接法,先计算温度场,温度场模拟好之后保存其结果,再进行焊接应力和变形的计算。论文在温度场分析的基础上通过热力耦合的方法对钢轨闪光焊顶锻阶段的应力应变进行了模拟分析,并在最大顶锻量和最小顶锻时间条件下分析了焊瘤区域的应变,确定了去除焊瘤的合理留量,并为闪光焊焊机液压系统设计提供指导。