持续制动下列车制动盘螺栓疲劳断裂分析
发布时间：2021-02-06 12:31
螺栓作为制动盘的关键部件之一,在制动过程中不仅承受较高的轴向预紧力,还受到制动时产生的热载荷和外部的振动激励。自兰新线开通运营至今,制动盘螺栓断裂或丢失事故时有发生。为了研究螺栓断裂的原因,本文以兰新线上运行的动车组制动盘断裂螺栓为研究对象,分析在长大坡道下动车组制动盘螺栓的损伤情况,对动车组制动系统的可靠性及运行安全性提出建议。主要工作如下:（1）首先对断裂螺栓进行化学成分、硬度和抗拉强度等理化性能试验。通过扫描电镜观察螺栓断口形貌和金相组织,判断螺栓根部材料是否存在缺陷。从螺栓材料分析结果可以看出其物理和化学性能满足相关技术要求。断面显示螺栓扩展区域较小,说明在服役过程中承受一定过载导致螺栓发生低周疲劳断裂。（2）根据螺栓断裂位置,建立考虑螺纹的六面体网格有限元模型,采用热-力耦合分析螺栓的力学及热学特性。为了分析高温对制动盘螺栓产生的影响,分别计算制动初速度为350 km/h、300 km/h和250 km/h时制动盘螺栓的温度场和应力场分布。结果表明:螺栓的整体温度水平小于制动盘面,最大温度位于靠近制动盘的螺栓中部并向四周扩散。相比制动盘面的温度变化,螺栓中部和啮合第一圈螺纹根...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
螺栓有限元分析模型类型
(4)根据螺栓断裂情况,采用临界面法结合SWT疲劳准则的损伤参量,依据线性疲劳损伤准则评估制动盘螺栓的疲劳寿命。高强螺栓作为制动盘重要连接件,其结构强度与可靠性将直接影响动车组运行安全。2016年5月27日,在兰州西车辆段动车运用组发现轴装制动盘螺栓断裂事故,如表1-1所示。断裂螺栓安装于CRH5G动车组02车2轴,且该车组运行里程为740984 km。断裂螺栓的直径为Ml4,强度级别为10.9级。为了确定制动盘螺栓的断裂原因,对发生断裂事故所在制动盘的剩余螺栓进行实验分析。
螺栓断裂位置为螺母和螺栓啮合第一圈处,如图2-1所示。使用扫描电镜对螺栓断面进行了微观形貌分析。图2-2为螺栓断口低倍形貌,断口附近无明显塑性变形,并可清晰地观察到疲劳源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区三个区域。螺栓断口的裂纹源位于螺栓根部圆角处,为应力集中区域。断口呈现出单裂纹源特征,裂纹从螺纹表面沿径向扩展。整个疲劳扩展区域光滑,可见清晰的疲劳条纹。疲劳扩展区占据断口的小部分区域(占比约40%)。随着裂纹的不断扩展,螺栓截面上应力增加,当应力超过断裂强度则发生断裂,形成瞬时断裂区。在瞬断区高倍形貌(图2-2)可以看出存在微小发纹和孔洞,为韧窝形貌。结果说明疲劳载荷和一定的过载导致螺栓断裂。图2-2螺栓断口低倍形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂胶粘接的对接结构多轴疲劳寿命预测[J]. 李慧,张军,李海宇,申浩中,魏新利. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020(01)
[2]某轮盘螺栓孔处疲劳寿命预测方法与验证[J]. 刘红彬,陈伟,刘林. 西北工业大学学报. 2019(04)
[3]动车组制动盘螺栓载荷测试及疲劳损伤研究[J]. 范童柏,任尊松,王文静,王曦,邹骅. 机械工程学报. 2019(14)
[4]高速动车组制动盘螺栓断裂分析及优化方案[J]. 杨川,孟繁辉,许杰,李继山. 大连交通大学学报. 2018(04)
[5]振动工况下的双螺母结构防松性能研究[J]. 李天雷,刘锴,孙文东,丁晓宇. 宇航总体技术. 2018(04)
[6]基于精确建模的横向振动工况下螺栓松动机理研究[J]. 王传华,王文莉,林清源,孙清超. 宇航总体技术. 2018(04)
[7]轮装制动盘螺栓预紧力计算及强度校核[J]. 黄彪,杜利清,金文伟. 电力机车与城轨车辆. 2018(04)
[8]高速列车制动盘制动过程的有限元模拟及表面划伤对应力场的影响研究[J]. 孟繁辉,刘艳,吴影,马元明,陈辉. 机械工程学报. 2018(12)
[9]持续制动工况下轴装制动盘螺栓载荷演化规律[J]. 王曦,王文静,王宇. 机械工程学报. 2018(12)
[10]基于兰新线长大坡道动车组制动盘热仿真分析[J]. 李万新. 铁道机车车辆. 2017(01)
博士论文
[1]铝基复合材料摩擦制动服役特性及失效机制研究[D]. 潘利科.北京交通大学 2017
[2]轴向激励下螺栓连接结构的松动机理研究[D]. 刘建华.西南交通大学 2016
[3]螺纹联接松动机理研究[D]. 侯世远.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]螺栓紧固件弯曲疲劳强度试验研究[D]. 潘越.北京交通大学 2019
[2]连续管本体及斜接焊缝的多轴疲劳寿命分析[D]. 袁涛勇.长江大学 2019
[3]横向载荷下不锈钢螺栓松动过程及防松措施研究[D]. 唐明明.西南交通大学 2018
[4]偏心载荷下两种螺栓连接的松动行为研究[D]. 杜永强.西南交通大学 2018
[5]地铁车辆轴箱盖螺栓疲劳寿命预测研究[D]. 何泽寒.西南交通大学 2018
[6]基于临界距离理论的涡轮盘高温低周疲劳寿命预测[D]. 柳云瀚.电子科技大学 2018
[7]高铁制动盘应力分析及其损伤机理研究[D]. 耿凯.北京交通大学 2018
[8]多轴载荷下航空结构疲劳寿命分析[D]. 马笑笑.南京航空航天大学 2018
[9]横向激励下螺栓特殊连接形式对其松动的影响研究[D]. 王长科.西南交通大学 2017
[10]某柴油发动机主轴承盖螺栓动力学特性及疲劳寿命研究[D]. 陈政果.西南科技大学 2017
本文编号：3020615
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
螺栓有限元分析模型类型
(4)根据螺栓断裂情况,采用临界面法结合SWT疲劳准则的损伤参量,依据线性疲劳损伤准则评估制动盘螺栓的疲劳寿命。高强螺栓作为制动盘重要连接件,其结构强度与可靠性将直接影响动车组运行安全。2016年5月27日,在兰州西车辆段动车运用组发现轴装制动盘螺栓断裂事故,如表1-1所示。断裂螺栓安装于CRH5G动车组02车2轴,且该车组运行里程为740984 km。断裂螺栓的直径为Ml4,强度级别为10.9级。为了确定制动盘螺栓的断裂原因,对发生断裂事故所在制动盘的剩余螺栓进行实验分析。
螺栓断裂位置为螺母和螺栓啮合第一圈处,如图2-1所示。使用扫描电镜对螺栓断面进行了微观形貌分析。图2-2为螺栓断口低倍形貌,断口附近无明显塑性变形,并可清晰地观察到疲劳源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区三个区域。螺栓断口的裂纹源位于螺栓根部圆角处,为应力集中区域。断口呈现出单裂纹源特征,裂纹从螺纹表面沿径向扩展。整个疲劳扩展区域光滑,可见清晰的疲劳条纹。疲劳扩展区占据断口的小部分区域(占比约40%)。随着裂纹的不断扩展,螺栓截面上应力增加,当应力超过断裂强度则发生断裂,形成瞬时断裂区。在瞬断区高倍形貌(图2-2)可以看出存在微小发纹和孔洞,为韧窝形貌。结果说明疲劳载荷和一定的过载导致螺栓断裂。图2-2螺栓断口低倍形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂胶粘接的对接结构多轴疲劳寿命预测[J]. 李慧,张军,李海宇,申浩中,魏新利. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020(01)
[2]某轮盘螺栓孔处疲劳寿命预测方法与验证[J]. 刘红彬,陈伟,刘林. 西北工业大学学报. 2019(04)
[3]动车组制动盘螺栓载荷测试及疲劳损伤研究[J]. 范童柏,任尊松,王文静,王曦,邹骅. 机械工程学报. 2019(14)
[4]高速动车组制动盘螺栓断裂分析及优化方案[J]. 杨川,孟繁辉,许杰,李继山. 大连交通大学学报. 2018(04)
[5]振动工况下的双螺母结构防松性能研究[J]. 李天雷,刘锴,孙文东,丁晓宇. 宇航总体技术. 2018(04)
[6]基于精确建模的横向振动工况下螺栓松动机理研究[J]. 王传华,王文莉,林清源,孙清超. 宇航总体技术. 2018(04)
[7]轮装制动盘螺栓预紧力计算及强度校核[J]. 黄彪,杜利清,金文伟. 电力机车与城轨车辆. 2018(04)
[8]高速列车制动盘制动过程的有限元模拟及表面划伤对应力场的影响研究[J]. 孟繁辉,刘艳,吴影,马元明,陈辉. 机械工程学报. 2018(12)
[9]持续制动工况下轴装制动盘螺栓载荷演化规律[J]. 王曦,王文静,王宇. 机械工程学报. 2018(12)
[10]基于兰新线长大坡道动车组制动盘热仿真分析[J]. 李万新. 铁道机车车辆. 2017(01)
博士论文
[1]铝基复合材料摩擦制动服役特性及失效机制研究[D]. 潘利科.北京交通大学 2017
[2]轴向激励下螺栓连接结构的松动机理研究[D]. 刘建华.西南交通大学 2016
[3]螺纹联接松动机理研究[D]. 侯世远.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]螺栓紧固件弯曲疲劳强度试验研究[D]. 潘越.北京交通大学 2019
[2]连续管本体及斜接焊缝的多轴疲劳寿命分析[D]. 袁涛勇.长江大学 2019
[3]横向载荷下不锈钢螺栓松动过程及防松措施研究[D]. 唐明明.西南交通大学 2018
[4]偏心载荷下两种螺栓连接的松动行为研究[D]. 杜永强.西南交通大学 2018
[5]地铁车辆轴箱盖螺栓疲劳寿命预测研究[D]. 何泽寒.西南交通大学 2018
[6]基于临界距离理论的涡轮盘高温低周疲劳寿命预测[D]. 柳云瀚.电子科技大学 2018
[7]高铁制动盘应力分析及其损伤机理研究[D]. 耿凯.北京交通大学 2018
[8]多轴载荷下航空结构疲劳寿命分析[D]. 马笑笑.南京航空航天大学 2018
[9]横向激励下螺栓特殊连接形式对其松动的影响研究[D]. 王长科.西南交通大学 2017
[10]某柴油发动机主轴承盖螺栓动力学特性及疲劳寿命研究[D]. 陈政果.西南科技大学 2017
本文编号：3020615
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