貨車車輪輻板孔裂紋形成原因及疲勞擴展特性研究.pdf

1、目前，大約有20﹪(約70萬片)的840D貨車車輪出現(xiàn)輻板孔裂紋，并且呈上升趨勢，對鐵路運輸安全構(gòu)成了嚴重威脅。當前迫切需要了解840D車輪輻板孔疲勞裂紋的成因及繼續(xù)使用的安全性問題。本論文以840D貨車車輪為研究對象，研究了車輪輻板孔裂紋的形成條件、擴展條件、裂紋擴展規(guī)律及其剩余壽命，揭示了車輪輻板孔裂紋形成及擴展機理，對科學地制定輻板孔裂紋車輪的檢修周期與管理方法具有重要的指導(dǎo)意義。 本論文主要進行了以下幾個方面的研究工作：

2、 1.根據(jù)大量車輪輻板孔裂紋調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析貨車車輪輻板孔裂紋的形式和尺寸分布，得出裂紋率與輪輞厚度、使用時間、輻板孔位之間的關(guān)系，以確定研究輻板孔裂紋形成與擴展應(yīng)該考慮的車輪幾何因素。 2.選取典型輻板孔裂紋車輪進行輻板材質(zhì)的機械性能、硬度及化學成分檢驗，以確定輻板材質(zhì)是否存在缺陷；借助金相、掃描電鏡、能譜分析等手段，對裂紋斷口宏觀、微觀形貌及金相特征進行分析，確定裂紋性質(zhì)、裂紋源位置、裂紋走向及裂紋前沿的形狀變化規(guī)

3、律等，為進一步分析裂紋形成原因及擴展規(guī)律奠定基礎(chǔ)。 3.基于UIC510-3標準，確定機械載荷下車輪的邊界條件，通過摩擦功率法確定制動過程中的熱量輸入；采用有限元方法，分別對輻板孔邊在機械載荷作用下的應(yīng)力場、典型制動熱負荷下的溫度場及熱應(yīng)力場進行數(shù)值模擬，分析輻板孔偏向輪輞和踏面磨耗對溫度場及應(yīng)力場的影響，為進行輻板孔疲勞強度評定和壽命預(yù)測提供載荷條件。 4.利用Haigh-Goodman疲勞極限線圖評價機械載荷下輻板孔

4、的疲勞強度；采用Goodman方程，將制動熱負荷產(chǎn)生的零.拉脈動循環(huán)轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)，根據(jù)輻板孔的S-N曲線評價制動熱負荷下的疲勞強度；提出機械載荷和制動熱負荷組合作用下的應(yīng)力疊加方法，由此應(yīng)力疊加方法分析制動熱應(yīng)力和機械波動應(yīng)力的綜合作用效果；采用名義應(yīng)力法和Miner法則建立輻板孔裂紋形成壽命預(yù)測模型，預(yù)測機械載荷與制動熱負荷組合作用下輻板孔裂紋壽命，用來評價兩種載荷組合作用下車輪輻板孔的疲勞強度。 5.利用局部應(yīng)力應(yīng)變法Ne

5、uber準則，采用Morrow方程考慮平均應(yīng)力的影響，建立輻板孔裂紋萌生壽命的預(yù)測模型，估算機械載荷譜與制動熱負荷譜組合作用下輻板孔裂紋的萌生壽命，分析踏面磨耗和輻板孔偏向輪輞對萌生壽命的影響以及促使輻板孔裂紋形成的載荷因素。 6.采用1/4節(jié)點位移法及子模型技術(shù)，建立車輪輻板孔裂紋的三維有限元模型，分析不同載荷作用下應(yīng)力強度因子的變化規(guī)律及輻板孔偏向輪輞和踏面磨耗對應(yīng)力強度因子的影響，為研究輻板孔疲勞裂紋擴展規(guī)律及預(yù)測剩余壽命