U75VG轨钢温度相关循环塑性变形行为实验和本构模型研究
发布时间：2021-11-02 16:14
随着我国高速铁路的飞速发展,高速铁路系统的运行安全和行车品质越来越受到人们的重视。由于制动力超过轮轨间的最大粘着力高速列车紧急制动时轮轨将会产生相对滑动,轮轨之间的相对滑动摩擦诱发剧烈温升。温升不仅使车轮和钢轨表层产生不可忽视的热应力,同时还使轮轨材料的力学性能产生劣化,进而影响机械应力,热应力和机械应力耦合作用形成轮轨局部接触区的热损伤,严重时会威胁到高速列车的运行安全和行车品质。为研究高速铁路轮轨接触中的热损伤机理,首先需要通过对高速铁路用U75VG轨钢进行不同温度下的单轴拉伸实验和循环变形实验,获取材料在不同温度下的循环变形特性,进而基于实验结果建立U75VG轨钢的循环本构模型,最后利用有限元软件ABAQUS对轮轨滑动接触进行耦合温度-位移弹塑性分析。研究结果将为评估高速铁路钢轨的热伤损机理提供依据。本文的主要工作如下:（1）在25℃600℃范围内对U75VG轨钢试样进行单轴拉伸、应变循环和应力循环实验。研究表明,U75VG轨钢在300℃附近时动态应变时效显著增强,导致材料在该温度附近的强度表现接近25℃下的表现;动态应变时效在应变循环的初始阶段也提供了附加...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
京津城际钢轨擦伤[2]
图 1-1 京津城际钢轨擦伤[2]图 1-2 沪昆高铁浙江段钢轨擦伤[3]U75V 轨钢是攀钢集团有限公司于上世纪末研制开发的一种微合金共析钢，又称 PD3，其与 U71Mn 轨钢构成了当今中国铁路线路上使用的主型钢轨钢种。随着高速铁路的迅猛发展，攀钢为了进一步优化钢轨的性能，在 U75V 轨钢的基础上，严格控制碳、硼和硫元素含量的波动范围，研制出了高速铁路专用的U75VG 轨钢。相较于 U71Mn 轨钢，U75VG 轨钢有着更高的碳硅含量，并加入了能细化组织的钒元素，其宏观力学表现为强度高，耐磨性好[4]。U75VG 轨钢的金相组织为层状珠光体，其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替叠压的层状复相物，也称片状珠光体。高速铁路平直段常使用热轧 U75VG 钢轨，其组织为粗片状珠光体，珠光体片间距为 100nm~300nm；小曲线半径段和出入库线由于磨损更为严重常使用强度更高的热处理 U75VG 钢轨，其组织为细珠光体或极细珠光体，珠光体片间距为 70nm~150nm[5-7]。
图 1-3 蠕滑比 0.75 下的棘轮效应[38]图 1-4 车轮抱死滑行时钢轨温升和应力曲线[42](a) 磨耗型踏面车轮 (b) 锥形踏面车轮图 1-5 车轮抱死滑行时车轮温升和应力曲线[43]李伟等[44-47]利用 ABAQUS 建立钢轨的平面应变有限元模型，利用等效的压力、切向压力和摩擦热源模拟轮轨接触区的移动，模型考虑了热对流、轮料参数随温度的变化以及温度场与应力场的耦合作用，分析了抱死滑行和滚种计算工况下摩擦系数、轴重以及蠕滑率参数对温度场、应力场以及残余应
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢轨擦伤对动车组动力学性能的影响[J]. 龚继军,崔容义,王军平,刘恭韬. 铁道建筑. 2019(07)
[2]高速铁路磨耗车轮与60N钢轨静态接触分析[J]. 马晓川,王平,王健,徐井芒. 西南交通大学学报. 2018(04)
[3]一种非统一黏塑性本构的有限元实现[J]. 杨梦豪,冯淼林. 力学季刊. 2018(02)
[4]高速铁路钢轨技术发展历程回顾[J]. 周清跃,张银花,刘丰收,田常海,陈朝阳,李闯. 中国铁路. 2018(03)
[5]U75V钢轨在线热处理工艺研究[J]. 李闯. 金属热处理. 2018(01)
[6]高速铁路钢轨擦伤原因分析及处理措施[J]. 宁国平. 上海铁道科技. 2017(02)
[7]U71Mn、U75V和U78CrV钢轨在线热处理后性能改善比较[J]. 董华利. 金属热处理. 2016(08)
[8]U75V钢相变动力学曲线测定及热处理工艺研究[J]. 王立新,李智丽,彭军,智建国. 包钢科技. 2015(02)
[9]Hertz理论与有限元法分析轮轨接触疲劳的差异性研究[J]. 曹世豪,李煦,张四放,文良华,江晓禹. 机械工程学报. 2015(06)
[10]U75V热轧钢轨伤损原因分析[J]. 龚利军. 理化检验(物理分册). 2014(06)
硕士论文
[1]基于ANSYS的高速列车轮轨接触工况和材料参数研究[D]. 郭佳.华东交通大学 2017
[2]轮轨钢材料棘轮—疲劳交互作用实验和理论模型研究[D]. 方涛.西南交通大学 2017
[3]高速轮轨ER8/U75VG钢超声振动辅助激光熔覆强化涂层制备及性能研究[D]. 邵晓峰.华东交通大学 2017
[4]基于有限元的轮轨热力耦合滑动接触分析[D]. 谢瑞丽.西南交通大学 2016
[5]基于热力耦合的钢轨接触疲劳伤损研究[D]. 李伟.西南交通大学 2010
[6]轮轨热接触耦合问题的有限元分析[D]. 齐万明.大连交通大学 2010
本文编号：3472107
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
京津城际钢轨擦伤[2]
图 1-1 京津城际钢轨擦伤[2]图 1-2 沪昆高铁浙江段钢轨擦伤[3]U75V 轨钢是攀钢集团有限公司于上世纪末研制开发的一种微合金共析钢，又称 PD3，其与 U71Mn 轨钢构成了当今中国铁路线路上使用的主型钢轨钢种。随着高速铁路的迅猛发展，攀钢为了进一步优化钢轨的性能，在 U75V 轨钢的基础上，严格控制碳、硼和硫元素含量的波动范围，研制出了高速铁路专用的U75VG 轨钢。相较于 U71Mn 轨钢，U75VG 轨钢有着更高的碳硅含量，并加入了能细化组织的钒元素，其宏观力学表现为强度高，耐磨性好[4]。U75VG 轨钢的金相组织为层状珠光体，其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替叠压的层状复相物，也称片状珠光体。高速铁路平直段常使用热轧 U75VG 钢轨，其组织为粗片状珠光体，珠光体片间距为 100nm~300nm；小曲线半径段和出入库线由于磨损更为严重常使用强度更高的热处理 U75VG 钢轨，其组织为细珠光体或极细珠光体，珠光体片间距为 70nm~150nm[5-7]。
图 1-3 蠕滑比 0.75 下的棘轮效应[38]图 1-4 车轮抱死滑行时钢轨温升和应力曲线[42](a) 磨耗型踏面车轮 (b) 锥形踏面车轮图 1-5 车轮抱死滑行时车轮温升和应力曲线[43]李伟等[44-47]利用 ABAQUS 建立钢轨的平面应变有限元模型，利用等效的压力、切向压力和摩擦热源模拟轮轨接触区的移动，模型考虑了热对流、轮料参数随温度的变化以及温度场与应力场的耦合作用，分析了抱死滑行和滚种计算工况下摩擦系数、轴重以及蠕滑率参数对温度场、应力场以及残余应
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢轨擦伤对动车组动力学性能的影响[J]. 龚继军,崔容义,王军平,刘恭韬. 铁道建筑. 2019(07)
[2]高速铁路磨耗车轮与60N钢轨静态接触分析[J]. 马晓川,王平,王健,徐井芒. 西南交通大学学报. 2018(04)
[3]一种非统一黏塑性本构的有限元实现[J]. 杨梦豪,冯淼林. 力学季刊. 2018(02)
[4]高速铁路钢轨技术发展历程回顾[J]. 周清跃,张银花,刘丰收,田常海,陈朝阳,李闯. 中国铁路. 2018(03)
[5]U75V钢轨在线热处理工艺研究[J]. 李闯. 金属热处理. 2018(01)
[6]高速铁路钢轨擦伤原因分析及处理措施[J]. 宁国平. 上海铁道科技. 2017(02)
[7]U71Mn、U75V和U78CrV钢轨在线热处理后性能改善比较[J]. 董华利. 金属热处理. 2016(08)
[8]U75V钢相变动力学曲线测定及热处理工艺研究[J]. 王立新,李智丽,彭军,智建国. 包钢科技. 2015(02)
[9]Hertz理论与有限元法分析轮轨接触疲劳的差异性研究[J]. 曹世豪,李煦,张四放,文良华,江晓禹. 机械工程学报. 2015(06)
[10]U75V热轧钢轨伤损原因分析[J]. 龚利军. 理化检验(物理分册). 2014(06)
硕士论文
[1]基于ANSYS的高速列车轮轨接触工况和材料参数研究[D]. 郭佳.华东交通大学 2017
[2]轮轨钢材料棘轮—疲劳交互作用实验和理论模型研究[D]. 方涛.西南交通大学 2017
[3]高速轮轨ER8/U75VG钢超声振动辅助激光熔覆强化涂层制备及性能研究[D]. 邵晓峰.华东交通大学 2017
[4]基于有限元的轮轨热力耦合滑动接触分析[D]. 谢瑞丽.西南交通大学 2016
[5]基于热力耦合的钢轨接触疲劳伤损研究[D]. 李伟.西南交通大学 2010
[6]轮轨热接触耦合问题的有限元分析[D]. 齐万明.大连交通大学 2010
本文编号：3472107
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