鋼軌波磨下扣件彈條疲勞斷裂機理研究.pdf

1、扣件是連接鋼軌與軌下基礎(chǔ)的紐帶，其作用十分重要。在高速鐵路鋼軌波磨地段出現(xiàn)了扣件彈條斷裂現(xiàn)象，彈條斷裂后削弱了扣件對鋼軌的約束能力，影響行車安全。本文針對鋼軌波磨地段WJ-7型扣件彈條斷裂問題，主要進行了如下五方面工作:
　　1.建立了適用于鋼軌波磨地段彈條動力分析的車輛-軌道耦合系統(tǒng)中高頻動力學(xué)模型。
　　鋼軌波磨引起輪軌系統(tǒng)的中高頻振動，當(dāng)前常采用的車輛-軌道耦合系統(tǒng)動力學(xué)模型不適用于中高頻振動分析，為此建立了能夠考慮輪

2、對和扣件系統(tǒng)中高頻振動特性的車輛-軌道耦合系統(tǒng)動力學(xué)模型。
　　2.建立了輪對中高頻振動模型。
　　通過對輪對的振動特性進行研究，提出了兩種輪對中高頻振動模型，并研究了兩種模型適應(yīng)的頻率范圍。針對鋼軌波磨地段的扣件振動問題，推薦采用梁-板-梁輪對有限元模型。在白噪聲不平順激勵下，研究了輪對彈性變形對軌道系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響。
　　3.建立了扣件系統(tǒng)中高頻振動模型。
　　對扣件系統(tǒng)各部分的簡化方式進行分析，確定彈條采

3、用梁單元模擬，鐵墊板采用板殼單元模擬，彈條與鐵墊板、絕緣墊塊以及螺栓之間豎向采用接觸剛度連接，縱、橫向采用非線性阻尼單元連接。采用經(jīng)典法與有限元法對彈條與鐵墊板、絕緣墊塊以及螺栓間的接觸剛度取值進行了研究。在上述研究的基礎(chǔ)上，建立了能夠考慮彈條與相接觸部件間相對位移以及彈條組合結(jié)構(gòu)剛度隨振動頻率變化特性的扣件系統(tǒng)中高頻振動模型，并研究了扣件系統(tǒng)中高頻振動模型的動力特性與扣件傳統(tǒng)模型的差別，以及彈條與其他相接觸部件之間的相對位移對彈條振動

4、的影響。
　　4.對有鋼軌波磨和無鋼軌波磨兩種工況下扣件系統(tǒng)動力響應(yīng)進行分析，研究了鋼軌波磨幅值、行車速度、螺栓預(yù)壓力以及橡膠墊板剛度的影響。
　　采用車輛-軌道耦合系統(tǒng)中高頻動力學(xué)模型，計算了有鋼軌波磨和無鋼軌波磨下扣件系統(tǒng)的動力響應(yīng)，從頻域和時域兩個角度分析了鋼軌波磨對扣件系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響。在鋼軌波磨一定下，分析了不同行車速度時扣件系統(tǒng)的動力響應(yīng)，結(jié)果表明W J-7型扣件彈條最不利激振頻率在866Hz左右。
　　

5、5.研究了鋼軌波磨下扣件彈條疲勞破壞的機理以及鋼軌波磨幅值、螺栓預(yù)壓力、行車速度和橡膠墊板剛度對扣件彈條疲勞破壞的影響。
　　根據(jù)鋼軌波磨下扣件彈條的動力響應(yīng)，判斷扣件彈條容易發(fā)生疲勞斷裂的危險點以及該點的受載形式。采用多向應(yīng)力狀態(tài)下疲勞壽命的分析方法，計算了扣件彈條危險點處的疲勞壽命，研究表明鋼軌波磨引起扣件彈條斷裂是由兩個大循環(huán)的幅值增大引起，循環(huán)次數(shù)增多的影響較小。所計算的鋼軌波磨工況下兩個大循環(huán)的Goodman修正幅值比無