高速钢轨踏面疲劳裂纹的扩展特性研究
发布时间：2021-07-14 07:18
在铁路运输行业中,钢轨踏面由于受到循环载荷的作用极易产生疲劳微裂纹,随着疲劳作用的积累,钢轨表面会产生剥离、掉块,甚至断轨。因此,针对钢轨踏面疲劳裂纹扩展特性的研究能够预测其形成及扩展,为合理维护钢轨、制定检修周期提供理论依据,从而延长钢轨的服役期限。本文利用ANSYS软件建立三维轮轨接触模型,从而对钢轨踏面裂纹进行研究。首先,对钢轨疲劳扩展的基础理论进行了介绍,重点介绍了用来评估轮轨接触疲劳裂纹扩展特性的应力强度因子。其次,分别采用赫兹理论与有限元分析法对轮轨接触问题进行了分析研究,对比了两种方法在求解接触问题时的差异。结果表明:在轮轨接触疲劳分析过程中,以赫兹理论为基础的求解法计算结果偏差较大,且应用范围窄;而有限元法的计算结果精度高,且适用范围比较广泛,因此本文采用有限元法分析钢轨踏面疲劳裂纹的扩展特性。随后,本文研究了钢轨疲劳裂纹扩展过程中的几个主要因素如钢轨裂纹长度、轴重、摩擦力、裂纹角度以及循环载荷次数的影响。主要得出以下结论:（1）随着钢轨裂纹长度的增加,裂纹产生张开型（Ⅰ）扩展的位置由轮轨接触斑的内缘向外缘移动,当裂纹扩展至0.3～0.5mm时,裂纹会向钢轨表面扩展,将...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
图 2-2 裂纹尖端塑性区Fig.2-2 Crack tip plastic zone力强度因子的概念，用来表述裂纹尖端区域应力场是否会失稳发生扩展以及扩展的方向，并在此基础提出的理论将裂纹的断裂问题与裂纹尖端的应力定量的用公式进行表示。的应力场强弱时，可以引入极坐标进行分析，将极示任一点的极坐标。根据裂纹扩展方式不同将应III 三种类型。其中张开型（I 型）裂纹尖端的应力 所示。3cos 1 sin sin22 2 23cos 1 sin sin22 2 2IxIyKrKrθ θ θσπθ θ θσπ +
图 2-3 da/dN- K 的曲线Fig.2-3 Curve of da/dN- Ks 公式以外，下面在列举出其他几种裂纹扩展速率的公式。式，如 2-14 所示：( )(1 )mcdaC KdN R K K = 断裂韧度；均应力。映了C 以及cK 对钢轨裂纹扩展速率的影响，随着断裂韧度在减小。由试验与工程实用性可知，Forman 公式比较适合的疲劳扩展问题。式，如 2-15 所示：( )'1ndamC R K =
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑塑性的钢轨表面疲劳微裂纹分析[J]. 昝晓东,王强胜,生月,江晓禹. 表面技术. 2018(11)
[2]钢轨无损检测中的超声导波技术分析[J]. 姬冠妮. 电子元器件与信息技术. 2018(07)
[3]钢轨轨底裂纹红外热波无损检测数值模拟分析[J]. 顾桂梅,贾文晶. 红外技术. 2018(03)
[4]基于三维裂纹尖端应力场的应力强度因子计算方法[J]. 贾旭,胡绪腾,宋迎东. 航空动力学报. 2016(06)
[5]裂纹间距对轮轨滚动接触疲劳作用下的钢轨表面多裂纹扩展趋势的影响[J]. 刘园. 上海海事大学学报. 2013(04)
[6]基于ANSYS的轮轨摩擦滑动接触应力分析[J]. 王娟,何成刚,文广,王文健,刘启跃. 机械. 2013(12)
[7]轮轨相互作用下钢轨焊接接头表面裂纹扩展分析[J]. 邓永果,李伟,温泽峰,金学松. 应用力学学报. 2013(04)
[8]钢轨踏面斜裂纹扩展寿命的预测[J]. 刘亮,王文健,郭俊,刘启跃. 机械工程材料. 2012(01)
[9]概述金属疲劳产生的原因及影响因素[J]. 郝富杰. 山西建筑. 2011(11)
[10]大结构模型中多裂纹种类并行疲劳试验方法研究[J]. 卞如冈,崔维成,万正权,杜青海,张爱峰. 船舶力学. 2010(11)
硕士论文
[1]地铁钢轨疲劳裂纹扩展特性研究[D]. 李方.西安科技大学 2018
[2]贯通同相供电系统潮流控制策略及其优化[D]. 许臣友.西南交通大学 2017
[3]U75V钢轨疲劳裂纹扩展行为研究[D]. 吕斌.浙江工业大学 2013
[4]微电感涡流传感器检测金属磨粒的研究[D]. 吴育德.北京工业大学 2013
[5]不同应力比下2024-T4铝合金疲劳裂纹扩展速率试验研究及数值模拟[D]. 杨光.浙江工业大学 2012
本文编号：3283691
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
图 2-2 裂纹尖端塑性区Fig.2-2 Crack tip plastic zone力强度因子的概念，用来表述裂纹尖端区域应力场是否会失稳发生扩展以及扩展的方向，并在此基础提出的理论将裂纹的断裂问题与裂纹尖端的应力定量的用公式进行表示。的应力场强弱时，可以引入极坐标进行分析，将极示任一点的极坐标。根据裂纹扩展方式不同将应III 三种类型。其中张开型（I 型）裂纹尖端的应力 所示。3cos 1 sin sin22 2 23cos 1 sin sin22 2 2IxIyKrKrθ θ θσπθ θ θσπ +
图 2-3 da/dN- K 的曲线Fig.2-3 Curve of da/dN- Ks 公式以外，下面在列举出其他几种裂纹扩展速率的公式。式，如 2-14 所示：( )(1 )mcdaC KdN R K K = 断裂韧度；均应力。映了C 以及cK 对钢轨裂纹扩展速率的影响，随着断裂韧度在减小。由试验与工程实用性可知，Forman 公式比较适合的疲劳扩展问题。式，如 2-15 所示：( )'1ndamC R K =
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑塑性的钢轨表面疲劳微裂纹分析[J]. 昝晓东,王强胜,生月,江晓禹. 表面技术. 2018(11)
[2]钢轨无损检测中的超声导波技术分析[J]. 姬冠妮. 电子元器件与信息技术. 2018(07)
[3]钢轨轨底裂纹红外热波无损检测数值模拟分析[J]. 顾桂梅,贾文晶. 红外技术. 2018(03)
[4]基于三维裂纹尖端应力场的应力强度因子计算方法[J]. 贾旭,胡绪腾,宋迎东. 航空动力学报. 2016(06)
[5]裂纹间距对轮轨滚动接触疲劳作用下的钢轨表面多裂纹扩展趋势的影响[J]. 刘园. 上海海事大学学报. 2013(04)
[6]基于ANSYS的轮轨摩擦滑动接触应力分析[J]. 王娟,何成刚,文广,王文健,刘启跃. 机械. 2013(12)
[7]轮轨相互作用下钢轨焊接接头表面裂纹扩展分析[J]. 邓永果,李伟,温泽峰,金学松. 应用力学学报. 2013(04)
[8]钢轨踏面斜裂纹扩展寿命的预测[J]. 刘亮,王文健,郭俊,刘启跃. 机械工程材料. 2012(01)
[9]概述金属疲劳产生的原因及影响因素[J]. 郝富杰. 山西建筑. 2011(11)
[10]大结构模型中多裂纹种类并行疲劳试验方法研究[J]. 卞如冈,崔维成,万正权,杜青海,张爱峰. 船舶力学. 2010(11)
硕士论文
[1]地铁钢轨疲劳裂纹扩展特性研究[D]. 李方.西安科技大学 2018
[2]贯通同相供电系统潮流控制策略及其优化[D]. 许臣友.西南交通大学 2017
[3]U75V钢轨疲劳裂纹扩展行为研究[D]. 吕斌.浙江工业大学 2013
[4]微电感涡流传感器检测金属磨粒的研究[D]. 吴育德.北京工业大学 2013
[5]不同应力比下2024-T4铝合金疲劳裂纹扩展速率试验研究及数值模拟[D]. 杨光.浙江工业大学 2012
本文编号：3283691
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