多边形条件下高铁车轴裂纹扩展寿命计算及检查间隔制定方法研究

文章调研了目前关于车轴材料属性和载荷条件离散性对剩余寿命的影响的处理方法并进行了简要总结；建立了车辆系统刚柔耦合动力学模型，提取了车轮20阶多边形条件下各工况车轴危险截面应力-时间历程，进行了应力谱的编制；基于小试样裂纹扩展试验数据拟合得到了NASGRO方程裂纹扩展参数，计算得到车轴卸荷槽部位裂纹深度为2～40 mm的剩余寿命；考虑材料属性和载荷条件离散性来制定车轴剩余寿命计算的安全系数；结合剩余寿命计算结果、超声波检测裂纹检出概率曲线和车轴失效概率制定了车轴合理的检查间隔。结果表明，车轮多边形条件下，车轴剩余寿命为38.5万km,考虑材料属性和载荷条件离散性的安全系数分别为1.26和1.33,得到车轴检查间隔为3.8万km。     

空心车轴不同形状比裂纹应力强度因子的仿真研究

空心车轴在运用中可能会出现意外损伤而诱发表面裂纹。应力强度因子是预测裂纹扩展情况的重要参数。本文分析了空心车轴的运用载荷,根据所测载荷谱,采取有限元方法计算车轴横截面的应力分布情况。采用四分之一20节点等参退化奇异单元模拟裂纹前缘的应力奇异性,建立空心车轴表面裂纹扩展的有限元模型,并对裂纹前缘进行离散,实现正交扩展,得到不同步扩展的裂纹前缘。在此基础上对裂纹前缘不同位置的应力强度因子进行计算分析,得出不同初始形状裂纹前缘扩展中的应力强度因子分布规律。计算结果表明,具有不同初始形状的裂纹,随着裂纹的扩展,裂纹形状将趋于某一形状比范围内。与解析方法计算的结果比较,二者基本吻合。     

残余压应力对车轴表面裂纹扩展的仿真研究

为了研究残余压应力对裂纹扩展的影响，通过子程序引入初始残余压应力，利用裂纹扩展仿真技术XFEM与VCCT相结合的方法进行裂纹扩展仿真计算，证实了残余压应力对裂纹扩展有显著的抑制作用；基于Zencrack仿真软件，结合S38C材质车轴试验得到的裂纹扩展参数，预测了CRH2型动车组用S38C材质车轴裂纹扩展寿命，并提出了车轴裂纹检测周期建议。     

轨道车辆车轴强度及疲劳裂纹扩展寿命分析

以GCY300II型轨道车12 t轴重车轴为研究对象,采用机车车轴的强度标准,利用有限元计算方法计算车轴不同轴重下的6种不同工况的静强度和疲劳强度,在获得对应工况的应力分布及数值的基础上,进行车轴的静强度和疲劳强度分析,并确定车轴薄弱部位,然后假定车轴最薄弱部位出现疲劳裂纹,将不同轴重、不同工况下计算得到的应力数值作为车轴裂纹处的载荷应力谱,再结合疲劳断裂分析理论计算分析车轴疲劳裂纹扩展寿命。计算结果表明:车轴薄弱部位为车轴变截面处,其中最薄弱部位为车轮内侧轮座处上边缘。     

车轴疲劳裂,断的宏,微观特征和裂纹车轴的寿命预测

本文在系统研究典型组合条件下的模拟试样断口和对实物断轴进行全面失效分析的基础上，提出了铁路车轴疲劳断口的特征和以上述特征为判据进行失效分析的思路。讨论了在谱载荷下近门槛区的裂纹扩展特性，以及谱载荷下影响轮座压装部裂纹扩展剩余寿命的主要因素和它们相关的系列值，最后简述了防止车轴断裂的主要措施。     

基于漏探概率的车轴探伤周期制定方法

针对现行车轴探伤周期制定方法存在的车轴剩余寿命计算结果与实际相差较大、不能在要求的可靠度下制定尽量长的车轴探伤周期和计算车轴裂纹随机扩展条件下探伤周期的可靠度等问题,将沿周向扩展车轴表面裂纹的深度抽象为一维伽马随机过程,建立基于伽马随机过程的车轴裂纹扩展模型;基于试验和运营中取得的车轴裂纹扩展数据从统计学的角度描述车轴裂纹的扩展过程,推导基于漏探概率的车轴失效函数和可靠度函数,建立揭示车轴的剩余寿命、漏探概率和可靠度三者间关系的新的车轴探伤周期制定方法;验证结果表明:采用新方法生成的车轴裂纹效果与实际基本吻合,可计算任意探伤周期的可靠度和给定可靠度下的探伤周期,为车轴探伤周期的制定提供了理论基础。     

改善新干线车辆车轴常规检测

用实尺寸车轴进行断裂力学计算、疲劳试验，对目前超声波探伤的精度进行测定，以提高新干线车辆车轴常规检测的效率而又不降低其安全性。作为许可的裂纹，提议对车辆最重要的部位，齿轮侧轮座内端3mm深的裂纹，对可能在运动中损伤的车轴中间无配合部位2mm深的裂纹进行检测，发现只要运用应力和残余应力保持现有水平，就有可能省去新干线车辆的转向架磁粉检测。     

应用热喷涂技术治理车轴钢轮座部位微动磨蚀

车轴是铁路机车车辆涉及运输安全的重要部件之一，车轴轮座部位的微动磨性是各种磨损机制共同作用所致，其结果是导致轮座部位出现了裂纹，轮座部位的裂纹状况是决定车轴寿命的重要因素。为了提高车轴抗微动磨蚀的能力，各国铁路部门采取了不同的措施，目前我国正在研究用热喷涂法来治理轮座部位的微动磨蚀。通过对模拟实验轴有涂层和无涂层表面损伤情况的研究及实物车轴运行状况的研究，发现用热喷涂法治理轮座部位的微动磨蚀是切实可行的。     

客车随机响应计算与车轴疲劳寿命预测

将车辆系统在随机轨道谱激烈下的动力响应与疲劳强度理论结合起来，以客车及ＲＤ３轴为例，进行了客车的随机响应计算与车轴响应谱的建立，并在此基础上，运用局部应力应变法和累积损伤理论进行了车轴疲劳寿命估算和可靠性分析，为新型车辆结构的随机疲劳寿命估算和可靠性设计提供了一种有应用意义的方法和途径。     

列车车轴裂纹的振动特性分析及在线监测方法

以危害性极大的车轴横裂纹为研究对象,分析裂纹车轴的振动特性,设计车轴裂纹在线监测系统。研究表明:当车轴存在裂纹时,其振动具有非线性特性,振动中出现各次谐波分量;1次和2次谐波的响应变化随裂纹扩展而增大,变化幅度随裂纹在车轴上的位置不同而不同,且2次谐波比1次谐波的响应变化大得多,3次及其以上的谐波对较浅裂纹来说可以忽略。结合机车车辆轮对振动监测的特殊性,提出综合运用转速跟踪采样、时域累加和平均、历经谱分析等方法对车轴裂纹进行振动监测分析,可有效抑制由支承轴承、车载设备或偶然性激励引起的背景噪声。经过在机车车辆轮对跑合试验台上的监测试验,监测结果与实际车轴裂纹相符,表明提出的在线监测方法能有效监测和识别列车车轴裂纹。