轮轨滚动接触疲劳寿命的计算方法

对列车车辆轮轨滚动接触进行了分析,指出在滚动过程中其接触点位置具有随机性,可以用正态分布规律进行描述。在此基础上,利用LM型踏面车轮与CHN60钢轨发生接触的接触点位置和接触应力计算方法,构建了能够对轮轨滚动接触过程中车轮表面接触点位置、接触次数和接触应力进行计算的方法。应用疲劳损伤积累假说和疲劳曲线方程,构建出能够对实际线路上的车轮表面各点疲劳寿命损伤进行计算的数学模型。应用该模型,针对具体的铁路线路进行了算例计算和研究,得出了车轮的理论疲劳寿命,并对直道和弯道行驶过程中,不同接触位置所形成的疲劳损伤程度进行了计算和分析。     

考虑材料微观结构的滚动接触疲劳寿命研究

轴承钢材料由许多细小晶粒组成,其力学性能在微观上表现为各向异性,会对滚动接触疲劳寿命产生显著影响.本研究从微观角度出发,以Voronoi多边形表征轴承钢晶粒结构,采用ABAQUS有限元软件建立考虑轴承钢晶体学属性的滚动接触疲劳寿命分析模型,对滚动接触应力及疲劳寿命进行预测分析.同时,将分析结果与基于各向同性材料假设的滚动接触模型结果进行对比,探究考虑晶体学属性的滚动接触疲劳寿命模型的特性,在此基础上,进一步分析晶粒大小分布对滚动接触疲劳寿命的影响规律.     

等温贝氏体球铁滚动接触疲劳性能的研究

这是我们研究球墨铸铁滚动接触疲劳性能的第二篇报告。本文研究了稀土镁铜钼贝氏体球铁的接触疲劳性能(包括铜、钼含量和等温淬火工艺对接触疲劳性能的影响);使用光学显微镜、立体显微镜和扫描电镜对球铁的接触疲劳破坏过程作了进一步的探计;根据赫兹公式,推导出了剥落坑深度与最大接触压应力之间的关系式,并将实测的剥落坑深度与之对照,认为最大剪应力可能是等温贝氏体球铁皮下石墨尖角和非金属夹杂物处形成接触疲劳裂纹的动力。     

城际动车组防撞性分析与研究

随着轨道列车速度的不断提升,列车的被动安全性日益受到重视。以某型城际动车组作为研究对象,使用Hypermesh和Ls-Dyna有限元仿真软件对车辆不同的碰撞场景进行了较为详细的仿真模拟分析,获得了车辆在碰撞过程中的速度、变形以及能量变化等关键参数。从乘客生存空间、纵向平均减速度、车轮抬升等方面验证了车辆的防碰撞性能,可为今后类似列车防碰撞设计提供案例参考和理论依据。     

液体对钢轨滚动接触疲劳裂纹的作用

建立基于耦合欧拉?拉格朗日方法的液体-裂纹流固耦合数值模型,分析移动轮轨接触荷载下液体对钢轨滚动接触疲劳裂纹面之间的压力分布情况,研究了不同黏度液体对不同长度、不同角度裂纹的作用.结论发现:高黏度液体对裂纹全长均有压力,对裂纹面的压力是低黏度液体压力的4.8～5.9倍,且越靠近裂纹尖端的压力越大,算例工况下脂类对裂纹尖...     

涡流法动态检测接触疲劳裂纹机理研究

本文报道了国内外尚很少系统开展研究的接触疲劳裂纹涡流法动态检测系统的组成及特点,首次在涡流渗透深度方面定量测定了磁场强度和相位的变化.定量测定了各种参数与伤信号主频率f_s和干扰信号主频率f_g间的关系,总结了规律、研究了机理,为涡流探伤在新领域的应用提供了一个实例.     

中碳贝氏体钢滚动接触疲劳的裂纹萌生

为了优化中碳贝氏体钢支承辊的磨削换辊工艺,研究了其接触疲劳时的裂纹萌生和扩展。在JPM-1B型接触疲劳试验机上测定了水润滑条件下的接触疲劳失效寿命曲线,并以裂纹沿平行表面方向扩展为判断标准,通过解剖试样的方法测定了裂纹萌生寿命曲线。结果显示两条曲线均在最大接触应力为0.86GPa处发生弯折,裂纹萌生寿命约为失效寿命的70%～80%。在扫描电镜下对试样观察发现:当接触应力较低时垂直裂纹占主导地位,而接触应力较高时棘齿裂纹占主导地位。这两种裂纹都具有一般短裂纹的特点。     

摩擦系数对滚动接触疲劳裂纹萌生和磨耗影响

提出了疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展离散化过程建模设想,根据临界平面法材料疲劳损伤理论和Archard磨耗理论,建立钢轨三维疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展预测模型,分析轮轨接触位置的摩擦系数对曲线段钢轨表面疲劳裂纹萌生与磨耗发展的影响.结果表明,摩擦系数对接触斑面积、形状和位置无影响,但影响轮轨接触斑黏着区/滑动区的分布和切向应力状态;随着摩擦系数的增大,钢轨的平均磨耗发展率增加、磨耗量增大、裂纹萌生寿命减小,其中,摩擦系数从0.3增大至0.7时,外轨和内轨的平均磨耗发展率分别增大了约17%～55%、16%～42%,外轨和内轨的裂纹萌生寿命分别降低约24%～34%和18%～35%;随着摩擦系数的增加,外轨的裂纹萌生位置从轨面以下2.0～2.5mm处向亚表面0.9～1.0mm移动;内轨的裂纹萌生位置基本处于轨顶面下2.4～2.6 mm;轮轨接触位置的摩擦系数控制在0.3～0.4的范围,可以达到延长钢轨疲劳裂纹萌生寿命、减缓钢轨磨耗的目的.     

轴承钢Ⅰ型疲劳裂纹扩展机理的研究

用三点弯曲试样测定了不同方法冶炼的轴承钢疲劳裂纹的扩展规律,研究了微观组织参数和晶界偏析对裂纹扩展的影响。结果表明晶粒和碳化物大小及晶界化学性质是疲劳裂纹扩展的主要控制因素。此外,运用位错偶极子理论讨论了轴承钢疲劳裂纹的扩展机理。     

线接触载荷下材料非均质特性对滚动接触疲劳的影响

滚动接触疲劳是滚动轴承和齿轮等机械传动零部件极易发生的一种典型早期失效方式.此外,工程材料中不可避免存在杂质、夹杂和空洞等缺陷,严重影响接触副材料的性能.文中利用数值化等效夹杂方法分析x-z方向截面为椭圆形、正方形、正三角形等不同形状的杂质对基体材料应力场的影响,并以体积应力积分量化疲劳,探究非均质材料发生滚动接触疲劳的规律.结果表明,分布杂质的形状、弹性模量、深度、体积分数及摩擦系数等都对线接触载荷作用下非均质材料的体积应力积分具有重要影响.     

预制表面缺陷对钢滚动接触疲劳性能的影响

10Cr4Ni4Mo4V是在Cr4Mo4V的基础上研制的航空发动机轴承材料。为研究表面损伤对这两种材料疲劳性能的影响,通过含预制表面缺陷和无表面缺陷的滚动接触疲劳实验,研究了表面洛氏缺陷及其边缘突起对这两种材料接触疲劳性能的影响。通过扫描电镜分析了含表面缺陷试样疲劳发展过程及失效形貌,用X射线应力测定仪测量了试样实验前后残余应力随表面至芯部距离的分布。结果表明,表面缺陷以及缺陷边缘的突起均使材料疲劳性能劣化,10Cr4Ni4Mo4V的接触疲劳性能优于Cr4Mo4V。     

高强度轴承钢滚动接触疲劳的Ⅱ型裂纹扩展驱动力

本文探讨了滚动接触产生的残余应力对Ⅱ型应力强度因子幅度(ΔK)的影响,此ΔK_Ⅱ是指承受重复滚动接触轴承圈的次表层裂纹扩展驱动力。对于高强度轴承钢,分别在短寿命(N=2—10~7),产生较小周向残余应力的情况下及在长寿命(N=10~8—10~(10))产生较大周向残余应力的情况下进行了计算。在计算时还把赫芝应力、裂纹相对深度、裂纹倾斜角度及裂纹表面间的摩擦力等作为变量。在下列前提下进行计算:二维的、重复的、无摩擦的纯滚动接触;符合线弹性断裂力学条件;存在的是平面的、小的次表面裂纹。最后将计算结果与实际观察的裂纹生长剥落情况对比。研究结果表明:除裂纹倾角极小的特殊情况外,一般说在较长寿命下所形成较大的残余压应力能明显地使次表层粗糙裂纹的扩展驱动力(ΔK_Ⅱ)减小。     

滚动接触作用下钢轨表面裂纹扩展机理分析

为了分析车轮纯滚动接触作用下的钢轨表面裂纹扩展机制,建立含表面裂纹的轮轨滚动接触疲劳计算模型,获得15t轴重作用下钢轨表面裂纹长度由0.1mm扩展到2.0mm全过程的裂纹尖端应力强度因子变化规律.基于复合型断裂准则和Paris疲劳扩展理论,分析钢轨表面裂纹扩展规律.分析结果表明:在微裂纹扩展至可见裂纹阶段,钢轨表面疲劳裂纹属于Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹;随着裂纹长度增加,应力强度因子K_Ⅰ先迅速增加,然后逐渐减小,而KⅡ在裂纹扩展全过程中呈增加趋势;裂纹萌生与扩展初期以张开型为主,随着裂纹长度增加,其扩展形式向滑开型转变;当裂纹扩展至0.3~0.5mm间时,倾向于向上扩展导致剥离掉块,该扩展趋势与现场服役钢轨剥离路径较为一致.     

弹性流体动力润滑状态下线接触滚动副表面层的应力及接触疲劳寿命

线接触滚动副早期失效主要是由于接触表面的润滑不良．使得表面粗糙度波峰相 互接触而产生磨损及表面破坏．但在润滑良好的情况下，由于接触表面压力分布的变化．在某些 工况参数下．接触副的疲劳寿命出现降低现象．本文通过数值方法，对ｎ种典型工况参数下接触 副表面层的应力分布进行计算，分析了接触副的疲劳寿命，提出了弹性流体动力润滑应用中合理 选择工况参数的必要性．     

弹性流体动力润滑状态下线接触滚动有面层的应力及接触疲劳寿命

线接触滚动副早期失效主要是由于接触表面的润滑不良，使得表面粗糙度波峰相互接触而产生磨损及表面破坏。但在润滑良好的情况下，由于接触表面压力分布的变化，在某些工况参数下，接触副的疲劳寿命出现降低现象。     

U75V热处理钢轨滚动接触疲劳裂纹和磨耗试验

对U75V热处理钢轨进行不同通过总重时的表面观测、取样、磨耗测量、实验室疲劳裂纹长度与深度显微照相以及断面硬度测量,分析钢轨的轨距角滚动接触疲劳裂纹、磨耗和硬度的关系.研究发现,轨距角疲劳裂纹的发展包括裂纹快速萌生和扩展、裂纹-磨耗共存和发展、磨耗控制裂纹三个阶段.轨距角的裂纹向钢轨内部扩展,裂纹与钢轨纵向水平线呈10.8°~29.4°.硬化层硬度在340~360 HB及以上时,磨耗发展率小于0.015mm·Mt-1,而疲劳裂纹萌生扩展较快,应考虑钢轨上道后至通过总重5~10 Mt期间实施新轨预打磨、通过总重30~60 Mt时实施预防性打磨,以平衡磨耗与裂纹的关系.同时,U75V热处理钢轨具有340~360HB及以上硬度的硬化层厚度应大于10mm.     

钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生和磨耗共存预测方法验证

采用小比例轮轮滚动接触疲劳试验再现钢轨裂纹萌生和磨耗过程,根据钢轨裂纹萌生和磨耗共存预测方法结合试验条件建立相应的预测模型,分别对试验和仿真预测的钢轨试样磨耗、裂纹萌生寿命和启裂角度等进行比对,从而验证钢轨裂纹萌生和磨耗共存预测方法。研究发现:当试样萌生裂纹时,有53.8%的试样经历了2个磨耗阶段,平均磨耗发展率约为5.83μm·10^-4次^-1;预测的试样在萌生裂纹前经历了2次磨耗阶段,平均磨耗发展率约为5.18μm·10^-4次^-1,较试验结果低约11.1%;试验中试样裂纹萌生寿命在6×10⁴～14×10⁴次范围内,且裂纹长度在荷载循环次数在11×10⁴～12×10⁴次时达到极大值,预测的裂纹萌生寿命为11.1×10⁴次,基本与试验结果中裂纹萌生时出现极大值的试样所对应的荷载作用次数接近。试验观测到试样表面裂纹开口与滚动方向的角度平均值约为45°;仿真预测的裂纹开口与滚动方向的角度平均值基本...     

城际动车组通风设备风冷性能影响特性试验研究

本文以长株潭CRH6F城际运营动车组为研究对象,采用截面多点风速测量法对关键设备的冷却通风性能主要影响因素进行了分析.研究发现:对于变流器等密封式独立风道通风设备,动车组上下行运行方向和编组位置对设备冷却风量影响较大,靠近头车运行方向时,冷却风量呈现增强趋势,而靠近尾车运行方向时冷却风量趋于降低;对于变压器等非密封式环境取风的通风设备,由于列车空气动力效应影响显著降低,动车组上下行运行方向对其冷却风量影响不大,变压器设备冷却风量维持在一个稳定水平.     

基于ANSYS/LS-DYNA的车轮椭圆化对轮轨滚动接触的影响

运用Proe、Hypermesh建立了二维轮轨接触有限元模型,通过动力分析有限元程序AN-SYS/LS-DYNA,采用隐式显式分析方法计算了车轮椭圆化情况下的轮轨滚动接触.仿真结果分析表明:当椭圆化车轮长轴与轨道接触时,轮轨垂向接触力最小,当椭圆化车轮短轴与轨道接触时,轮轨垂向接触力最大,这样将导致车轮的椭圆化加剧,进而轮轨垂向接触力也增大,周而复始,会造成对车轮和轨道的破坏.轮轨垂向接触力随着车轮椭圆化的加剧和车速的提高而增大,且椭圆化波深比速度的影响更为显著.行驶路程相同的情况下,椭圆化车轮的车轴垂向加速度比新轮的要大,而且随着车速的提高,车轴垂向加速度也随之增大.车速300 km/h时椭圆化车轮最大允许波深为1.25 mm,350 km/h时椭圆化车轮最大允许波深为1 mm,超过上述限度时,需对轮对进行镟修.     

CRH5型动车组轮轨滚动接触应力及疲劳寿命的有限元仿真分析

为了研究CRH5型动车组轮轨在实际滚动接触过程中受力大小、分布以及由于循环应力作用而产生的疲劳问题,采用大型有限元模拟软件ABAQUS对其实际运行过程进行仿真模拟.结果表明:随着轴重载荷的增加,轮轨接触部位等效应力不断增大;车轮所受等效应力随距表深度的增加而减小,在距表深度10mm范围内等效应力较大;钢轨上的等效应力随距表深度先增大后减小,应力最大值出现在距表深度12mm处.采用S-N曲线折减法和疲劳分析软件Fe-safe对不同轴重车轮滚动接触疲劳寿命进行预测,2种计算结果表明:14、16、18、20t轴重下的车轮寿命均在6×10~7次循环以上,安全行驶距离大于1.2×10~6 km,符合CRH5型动车组三级以上检修周期要求.