高速列車空心車軸損傷容限理論與方法研究.pdf

1、高速列車的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，車軸可能受到道砟等硬物的高速?zèng)_擊，極端情況下，這種尖銳硬物沖擊可能造成車軸表面一定深度的鋒利角缺口。雖然這是一種小概率事件，但是一旦發(fā)生，這種缺口在車軸隨機(jī)載荷下可能會(huì)很快萌生裂紋，并逐漸擴(kuò)展到臨界尺寸，給高速列車運(yùn)行安全帶來很大隱患。
　　 本論文在國家973項(xiàng)目《高速列車安全服役關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究》支持下，研究高速列車空心軸表面在硬物沖擊損傷下裂紋的形成壽命和裂紋擴(kuò)展規(guī)律及其剩余壽命問題，為科學(xué)地制

2、定車軸檢修周期與管理方法提供依據(jù)。主要工作如下：
　　 1、制作模擬車軸表面尖銳硬物沖擊缺口試樣，采用四點(diǎn)支撐旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)，研究車軸鋼在含不同缺口條件下的S-N曲線，分析了缺口應(yīng)力集中系數(shù)及其相應(yīng)的S-N曲線參數(shù)變化規(guī)律。
　　 2、線路實(shí)測高速列車在既有線路和京津城際鐵路上的車軸應(yīng)力-時(shí)間歷程，利用雨流循環(huán)計(jì)數(shù)方法得到車軸的實(shí)測彎曲應(yīng)力譜，通過統(tǒng)計(jì)推斷發(fā)現(xiàn)應(yīng)力譜符合三參數(shù)威布爾分布，并編制相應(yīng)的程序應(yīng)力譜。運(yùn)用等效損傷

3、原則比較不同線路運(yùn)行時(shí)車軸的損傷，發(fā)現(xiàn)既有線路上運(yùn)行時(shí)對(duì)車軸的損傷大于京津城際鐵路。
　　 3、根據(jù)異物沖擊造成的缺口類型和方位，提出用于缺口疲勞損傷分析的物理模型及形狀參數(shù)。通過有限元分析，得到空心車軸表面不同缺口構(gòu)型根部的應(yīng)力集中系數(shù)。運(yùn)用Miner法則及缺口試樣S-N曲線，估算實(shí)測載荷譜下車軸表面缺口處裂紋的萌生壽命，并分析出不同缺口構(gòu)型對(duì)萌生壽命的影響。
　　 4、提出空心軸表面裂紋的幾何模型?？紤]到空心軸內(nèi)孔的

4、影響，對(duì)實(shí)心圓柱表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子解析式進(jìn)行修正，得出空心軸表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的解析式。全面分析了旋轉(zhuǎn)彎曲載荷下車軸表面裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子變化情況以及裂紋前緣最深點(diǎn)處的應(yīng)力強(qiáng)度因子變化規(guī)律。
　　 5、采用EIHanddad短裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子模型，根據(jù)實(shí)測應(yīng)力譜研究空心軸表面不同應(yīng)力集中系數(shù)缺口下的短裂紋擴(kuò)展特性和擴(kuò)展壽命，發(fā)現(xiàn)當(dāng)缺口系數(shù)比較大時(shí)，車軸表面短裂紋擴(kuò)展速率高，幾千公里的運(yùn)行就會(huì)進(jìn)入長裂紋擴(kuò)展階段。