考慮表面微觀粗糙度的輪軌接觸表面微裂紋擴散研究.pdf

1、隨著鐵路客貨運量的增大和列車速度的提高,輪軌滾動接觸疲勞破壞現(xiàn)象已成為制約我國鐵路技術發(fā)展的突出問題,尤其是高速重載線路,情況十分嚴重。它不僅大大增加了鐵路的運營成本,而且直接危害行車的安全。因此,開展對微觀粗糙度下的輪軌接觸表面微裂紋的擴展行為的研究,有助于正確判斷鋼軌的傷損類型及原因,準確估算鋼軌的接觸疲勞裂紋的擴展壽命,對于維護高速鐵路的安全服役、促進鋼軌質(zhì)量的改進和提高、合理使用鋼軌和延長鋼軌的使用壽命、節(jié)約鐵路運營成本等具有重

2、要的現(xiàn)實意義。
　　 本文針對微觀粗糙度下的鋼軌表面微裂紋擴展問題進行了研究。通過利用大型有限元程序ANSYS建立了考慮鋼軌表面微觀粗糙度情況下,具有表面微裂紋的輪軌接觸二維有限元模型。通過計算,分別獲得了有、無液態(tài)介質(zhì)存在兩種情況下的不同長度、不同位置處的鋼軌表面微裂紋尖端處的應力及應力強度因子。并對兩種情況下的疲勞微裂紋的擴展壽命進行了對比。論文主要結論有:
　　 (1)具有表面微觀粗糙度的鋼軌,表面無液態(tài)介質(zhì)存在時

3、,在車輪碾壓過程中,微裂紋只在位于接觸斑邊緣附近處發(fā)生張開變形,在接觸斑內(nèi)其他位置時,不會出現(xiàn)張開現(xiàn)象,微裂紋是閉合的。且其最大的等價Ⅰ型應力強度因子KI*遠小于鋼軌材料的斷裂韌度,說明此種情況下鋼軌表面微裂紋不會立即擴展。
　　 (2)有液態(tài)介質(zhì)存在時的鋼軌,在車輪碾壓作用下,位于接觸斑內(nèi)時的整個過程中,表面微裂紋均發(fā)生了張開變形,表面微裂紋的型式為Ⅰ-Ⅱ復合型裂紋。鋼軌表面有液態(tài)介質(zhì)存在時的等價Ⅰ型應力強度因子KI*的最大值