輪軌鋼材料棘輪-疲勞交互作用實驗和理論模型研究.pdf

1、當(dāng)前我國鐵路運(yùn)輸事業(yè)正面臨著蓬勃發(fā)展的新階段，隨著車輛軸重、行車密度及通行總重的進(jìn)一步提高，鋼軌和車輪的服役環(huán)境近乎苛刻。以往的研究中，多針對車輪或鋼軌一種材料進(jìn)行實驗和模型研究，同時對鋼軌和車輪鋼兩種材料進(jìn)行的研究尚顯不足。亟待對車輪和鋼軌鋼材料開展棘輪-疲勞交互作用實驗研究，了解材料的循環(huán)特性以及棘輪-疲勞交互作用對材料疲勞壽命的影響，進(jìn)而建立能夠較為精確描述U75V鋼軌和ER7車輪鋼材料循環(huán)特性和棘輪行為的循環(huán)本構(gòu)模型，最終建立能

2、夠準(zhǔn)確預(yù)測輪軌鋼材料疲勞失效壽命的疲勞失效模型。研究成果不僅可以用于評估輪軌鋼材料的疲勞失效壽命，也將為車輪和鋼軌材料的在役服役性能評估提供重要的評估手段。
　　本文的主要工作總結(jié)如下:
　　1)為了探究U75V鋼軌和ER7車輪鋼材料的循環(huán)特性和棘輪行為，在室溫下對材料進(jìn)行低周應(yīng)力和應(yīng)變控制下的循環(huán)變形實驗。研究表明，U75V鋼軌材料在初始循環(huán)（約80圈）下，表現(xiàn)出明顯的循環(huán)軟化特性，且應(yīng)變幅值越小軟化現(xiàn)象越明顯;材料的棘輪

3、行為與應(yīng)力幅值、平均應(yīng)力和應(yīng)力比密切相關(guān)，在初始循環(huán)下隨循環(huán)周次的增加而迅速增長，但很快達(dá)到準(zhǔn)安定狀態(tài)。棘輪演化對U75V鋼軌材料的低周疲勞壽命影響并不是單一的增大或減小材料的疲勞壽命，而是與棘輪應(yīng)變率有關(guān)。當(dāng)應(yīng)變幅值小于0.6％時，ER7車輪鋼材料在初始循環(huán)下（約30圈）表現(xiàn)出明顯的循環(huán)軟化現(xiàn)象，但很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變幅值大于0.6％時，ER7車輪鋼材料表現(xiàn)出初始循環(huán)硬化現(xiàn)象，但隨即進(jìn)入準(zhǔn)安定狀態(tài)。
　　2)為定量地描述U7

4、5V鋼軌和ER7車輪鋼材料的循環(huán)塑性變形，基于已有的彈塑性本構(gòu)模型，在各向同性硬化律中引入了與累積塑性應(yīng)變有關(guān)的飽和應(yīng)力幅值方程，在非線性隨動硬化律中引入與累積塑性應(yīng)變有關(guān)的棘輪參數(shù)來控制棘輪演化從初始加速到迅速達(dá)到準(zhǔn)安定狀態(tài)過程?；陔[式應(yīng)力積分法和一致性切線剛度矩陣推導(dǎo)，對改進(jìn)的循環(huán)塑性本構(gòu)模型進(jìn)行了有限元實現(xiàn)，對兩種材料的循環(huán)特性和棘輪行為進(jìn)行模擬并與實驗結(jié)果了比較。結(jié)果表明改進(jìn)的循環(huán)塑形本構(gòu)模型能夠很好地描述U75V鋼軌和ER7