鋼軌疲勞裂紋形成及擴(kuò)展壽命預(yù)測研究.pdf

1、改革開放以來我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求,我國鐵路運(yùn)輸業(yè)也正向高速、重載方向快速發(fā)展。京津線、武廣線的建成通車更標(biāo)志著我國高速鐵路建設(shè)進(jìn)入一個(gè)跨越式的發(fā)展階段。本文研究工作就是在這個(gè)大背景下,初步地分析討論了高速鐵路建設(shè)中遇到的鋼軌疲勞問題。本研究工作首先分析了鋼軌復(fù)雜的應(yīng)力強(qiáng)度,再應(yīng)用疲勞理論、斷裂理論建立了預(yù)測鋼軌疲勞裂紋形成與擴(kuò)展壽命的預(yù)測模型,最后結(jié)合鋼軌受力分析及預(yù)測模型預(yù)測了鋼軌疲勞裂紋形成與擴(kuò)展壽命,詳細(xì)分析了相

2、關(guān)參數(shù)對二者的影響。研究結(jié)果為合理維修鋼軌、制定鋼軌檢修周期提供了理論依據(jù)。根據(jù)計(jì)算和分析,得出如下結(jié)論:
　　 1、以連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁模型為基礎(chǔ)計(jì)算特定線路鋼軌動(dòng)彎曲應(yīng)力,由計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):鋼軌基礎(chǔ)彈性系數(shù)一定時(shí),鋼軌動(dòng)彎曲應(yīng)力循環(huán)水平隨速度系數(shù)增大而變大；相反,速度系數(shù)一定時(shí),鋼軌動(dòng)彎曲應(yīng)力循環(huán)水平鋼軌基礎(chǔ)彈性系數(shù)增大而減小。
　　 2、以CRH2型動(dòng)車組和60kg／m鋼軌為研究對象,基于Carter二維滾動(dòng)接觸理論

3、計(jì)算鋼軌軌頭應(yīng)力場,計(jì)算結(jié)果表明:摩擦系數(shù)μ≤0.3時(shí),z軸上相對最大切應(yīng)力值隨深度增加先增大后減小為零,在踏面以下z／a=0.6附近取得最大值；摩擦系數(shù)μ>0.3時(shí),相對最大切應(yīng)力值在踏面處取得最大值,離開踏面往下,隨深度增加相對最大切應(yīng)力值逐漸減小,最后趨于零。
　　 3、鋼軌疲勞裂紋形成壽命預(yù)測結(jié)果表明:提高鋼軌強(qiáng)度極限可以延長鋼軌疲勞裂紋形成壽命,但效果并不明顯；在溫度應(yīng)力為壓應(yīng)力時(shí),應(yīng)力水平越高,鋼軌疲勞裂紋形成壽命越

4、長,在溫度應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)則相反；列車速度系數(shù)逐漸增加的過程中,鋼軌疲勞裂紋形成壽命呈逐漸下降的趨勢,并且與列車速度系數(shù)呈近似線性反比關(guān)系；隨著鋼軌基礎(chǔ)彈性系數(shù)逐漸增加,鋼軌疲勞裂紋形成壽命幾乎呈線性增加的趨勢。
　　 4、應(yīng)用斷裂力學(xué)理論對鋼軌踏面斜裂紋擴(kuò)展壽命進(jìn)行預(yù)測計(jì)算,結(jié)果表明:裂紋擴(kuò)展壽命隨摩擦系數(shù)的增大而降低；隨裂紋傾斜角的增加,裂紋擴(kuò)展壽命呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢；裂紋擴(kuò)展壽命隨磨損率先緩慢增加,當(dāng)磨損率達(dá)到一定值后,