考慮表面微觀粗糙度的輪軌接觸表面微裂紋擴(kuò)散研究.pdf

1、隨著鐵路客貨運(yùn)量的增大和列車速度的提高,輪軌滾動(dòng)接觸疲勞破壞現(xiàn)象已成為制約我國鐵路技術(shù)發(fā)展的突出問題,尤其是高速重載線路,情況十分嚴(yán)重。它不僅大大增加了鐵路的運(yùn)營成本,而且直接危害行車的安全。因此,開展對(duì)微觀粗糙度下的輪軌接觸表面微裂紋的擴(kuò)展行為的研究,有助于正確判斷鋼軌的傷損類型及原因,準(zhǔn)確估算鋼軌的接觸疲勞裂紋的擴(kuò)展壽命,對(duì)于維護(hù)高速鐵路的安全服役、促進(jìn)鋼軌質(zhì)量的改進(jìn)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(yùn)營成本等具有重

2、要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文針對(duì)微觀粗糙度下的鋼軌表面微裂紋擴(kuò)展問題進(jìn)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(jì)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(yīng)力及應(yīng)力強(qiáng)度因子。并對(duì)兩種情況下的疲勞微裂紋的擴(kuò)展壽命進(jìn)行了對(duì)比。論文主要結(jié)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(shí)

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(shí),不會(huì)出現(xiàn)張開現(xiàn)象,微裂紋是閉合的。且其最大的等價(jià)Ⅰ型應(yīng)力強(qiáng)度因子KI*遠(yuǎn)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(huì)立即擴(kuò)展。
　　 (2)有液態(tài)介質(zhì)存在時(shí)的鋼軌,在車輪碾壓作用下,位于接觸斑內(nèi)時(shí)的整個(gè)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(fù)合型裂紋。鋼軌表面有液態(tài)介質(zhì)存在時(shí)的等價(jià)Ⅰ型應(yīng)力強(qiáng)度因子KI*的最大值