鋼軌矯直變形三維有限元模擬及光彈塑性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國鐵路運(yùn)輸業(yè)向重載、高速和大運(yùn)量方向發(fā)展，鐵路部門對鋼軌質(zhì)量的要求越來越高，尤其是可靠的安全性能方面更為突出。近年來的研究表明，鋼軌的殘余應(yīng)力已經(jīng)成為影響鋼軌斷裂力學(xué)性能指標(biāo)的重要因素。不論是使用中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力還是在軋制、冷卻和矯直過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力都可能導(dǎo)致鋼軌進(jìn)入失效狀態(tài)。矯直作為鋼軌生產(chǎn)的最后一道工藝，對鋼軌的平直度、殘余應(yīng)力的大小起決定性的作用，本文主要研究鋼軌矯直過程中殘余應(yīng)力的形成機(jī)理和規(guī)律，探索鋼種、弦高、初始應(yīng)

2、力和矯直工藝對鋼軌復(fù)合矯后殘余應(yīng)力的影響以及它們之間的相互關(guān)系，探討在滿足平直度要求的同時，解析矯直過程殘余應(yīng)力的控制問題。 本文以彈塑性變形理論為基礎(chǔ)，建立了三維鋼軌多輥復(fù)合矯直有限元模型，利用ABAQUS/Explicit有限元軟件，分析了60kg/m的鋼軌在相同的矯直工藝下鋼種、弦高、初始應(yīng)力對矯后殘余應(yīng)力和的平直度影響；矯直工藝對矯后殘余應(yīng)力和平直度的影響。計算結(jié)果表明：在標(biāo)準(zhǔn)矯直工藝：水平輥R2=20．9mm，R4=1

3、3．2mm， R6=5．6mm， R8=5．4mm，立輥R2=13mm， R4=8mm， R6=3．5mm條件下，不同鋼種矯后殘余應(yīng)力均能有效的控制在國標(biāo)要求的范圍內(nèi)（≤250Mpa）；矯后殘余應(yīng)力隨著弦高的增加而增加，弦高為30mm時，鋼軌矯后軌底中心殘余應(yīng)力為36MPa，當(dāng)弦高增加到150mm時軌底中心殘余應(yīng)力達(dá)到153MPa；矯后殘余應(yīng)力隨著初始應(yīng)力的增加而增加，軌底初始應(yīng)力為41．1MPa時，矯后軌底中心殘余應(yīng)力為66MPa，當(dāng)

4、軌底初始應(yīng)力增加到90．6MPa時，矯后軌底中心殘余應(yīng)力為75MPa；標(biāo)準(zhǔn)矯直工藝能夠有效的減低矯后殘余應(yīng)力，各矯直工藝矯后鋼軌水平方向旁彎的彎曲半徑均大于1000m。 基于光彈法，通過改變光彈性材料的配比，制備了光彈塑性應(yīng)力材料。以1：5的比例制備了光彈塑性鋼軌矯直模型。設(shè)計制造8輥實(shí)驗(yàn)矯直機(jī)，首次提出采用光彈塑性應(yīng)力材料，模擬分析了鋼軌矯直模型的變形過程。解析了鋼軌矯直過程中各個矯直區(qū)域鋼軌斷面應(yīng)力分布情況，計算結(jié)果表明：鋼