磁弹性方法无损测试钢轨残余应力分布的实验研究

磁弹性法测量残余应力是一种新型的无损检测方法，利用磁弹性方法测定了U71Mn60kg／m钢轨的磁声特性，并以此为基础对钢轨矫直残余应力进行了现场实测，得到了钢轨的残余应力分布情况，为钢轨残余应力测试提供了一种可行的检测技术．     

机车车轮与车轴残余应力的超声检测

机车车轮和车轴在制造和服役过程中的残余应力及其分布状态对车轮踏面裂纹形成、扩展及金属剥落、车轴的疲劳寿命等有着重要的影响。依据声弹性理论,采用临界折射纵波,建立超声应力检测试验系统,编制应力—声时处理软件。利用该试验系统对车轮、车轴的应力系数进行标定,而后对车轮踏面周向、车轴轴向的残余应力进行检测,将检测结果采用计算机线性插值绘制应力分布云图,通过云图更直观的得到残余应力分布规律。对准确评估轮对的强度、韧性和抗疲劳性以及改善其性能具有一定意义。     

车轴表面应力分析

为了提高车轴寿命,使车轴表面产生较大压应力,分析了50钢车轴表面残余应力变化规律,采用X射线法检测了车轴表层经过低温淬火和滚压后的轴向、周向和径向应力。测试结果表明,采用此方法后,车轴表面的残余应力大幅提高,最大增幅为556MPa,且应力分布均匀,说明此方法能够有效提高车轴的疲劳寿命。     

铁路车辆部件抗疲劳评估的进展与挑战

从铁路车辆的安全运用及服役评估出发，论述了转向架部件(如构架、车轴等)的抗疲劳评估及应用进展，重点分析了合金钢EA4T车轴和碳素钢S38C车轴的设计理念差别，阐明了车轴运用评估中存在的难定量和过保守的理论局限性; 首创了“名义应力”+“损伤容限”有机融合的阶梯疲劳评估方法，给出了样本信息聚集改进原理、基于单轴拉伸的裂纹扩展模型、应力-缺陷-寿命的三参数评估图和表面残余应力重建等四大关键技术。分析结果表明:基于传统名义应力法的抗疲劳设计给出的寿命预测偏于保守，导致车辆部件维修不足或者过度维修; 基于单轴拉伸性能的新型裂纹扩展模型的精度优于NASGRO方程; Kitagawa-Takahashi图把基于名义应力的疲劳极限和基于断裂力学的缺陷特征有机关联起来，比Goodman图更直观、定量和全面; 基于表面单位压力法，获得了与实测结果一致的S38C车轴的压缩残余应力分布，表明压缩残余应力的引入提高了新干线车轴的抗微动磨损能力和抗疲劳裂纹扩展能力; 广域环境服役、超高周疲劳、增材修复再制造、断裂求解技术及动力学和强度学结合等问题成为未来研究的重要课题。      

用磁声发射原理测量钢轨残余应力

根据磁声发射原理并利用自制的磁化器对退火钢轨进行室内应力标定，得到用面积法处理的应力与ＭＡＥ强度标定曲线，又据此测量了Ｕ７４ ６０ｋｇ／ｍ新轨的残余应力，取得较满意的结果。     

利用磁弹性法测量快运货车转向架焊接构架残余应力的试验研究

利用磁弹性法测定了１２０Ｋｍ／ｈ快运货车转向架焊接构架用１６Ｍｎ钢的磁声特性曲线，并以此作为基础对构架５种工况下的焊接残余应力进行了现场测试，得到了构架上残余应力的分布规律，并对测试结果进行了比较。     

转向架焊接残余应力的测试及退火工艺

利用磁弹性法测量了材质为16MnR的CW-200型焊接转向架构架一定深度处的残余应力,分析了热处理前后构架中残余应力的分布及变化规律,并且研究了不同的退火工艺对焊后构架残余应力的影响．结果表明：构架焊接后存在较高的残余应力,在牵引杆座与横梁焊缝处最大值达到193MPa拉应力;而经过不同的去应力退火工艺处理后,残余应力的消除率不同．在630℃退火、保温3h工艺条件下试验用构架残余应力平均消除率最高,X、y方向的最大消除率分别为58．3％和54．6％．     

弹性轮对的有限元分析

弹性轮对在国外轻轨交通车辆上已使用较为广泛 ,实践表明其在减少轮轨噪声、降低轮轨间的动作用力和提高旅客的乘坐舒适度等方面取得了明显的效果 ,但在国内还处于起步时期。应用有限元分析软件 ANSYS对弹性轮对进行了应力、变形和模态计算分析 ,并与刚性轮对的结果相比较 ,同时 ,研究了橡胶的本构参数对弹性轮对静强度的影响。结果表明 :在静载作用下 ,弹性轮对与刚性轮对的最大等效应力均发生在辐板靠近车轴处 ,但前者的最大等效应力值大于后者 ;橡胶材料常数对弹性轮对的橡胶应力和应变有较大影响 ,应对其合理选取 ;弹性轮对的低阶固有频率低于刚性轮对 ,这会使弹性轮对具有较好的隔振能力     

快速与重载车辆轮轴铁道车辆车轴强度设计方法

阐明了《铁道车辆车轴强度设计方法》的适用范围;提出《铁道车辆车轴强度设计方法》中车轴强度计算的载荷工况、许用应力,介绍了载荷工况和许用应力的确定方法;提出了车轴截面应力计算方法和3种材料的许用应力。（本文有删节）     

磁测法测试钢结构桥梁的焊接残余应力

磁测法是基于铁磁材料压磁效应的应力测量的一种新方法,对这种方法的原理进行了介绍,并通过在3个观音岩长江大桥足尺比例构件试验研究中,对焊接完成后的焊缝应力和超声波冲击后的焊缝应力采用磁测法进行了测试。测试结果表明,在熔透焊缝中,平行和垂直焊缝方向都存在着相当大的焊接残余应力,很多测点应力已经接近钢材的屈服强度;局部构造设计对于防止焊接应力集中有着重要的意义;超声波冲击对消除焊缝残余应力效果明显,磁测法能方便有效地测试出桥梁钢构件的焊接应力,为人们了解桥梁复杂节点的焊缝应力的分布状况,掌握消除焊缝残余应力工艺处理后的效果情况,提供了切实可行的测试手段,是一种测试灵敏度高、测试系统简单、操作灵活的很具发展前景的焊缝应力测试方法。     

获取残余应力的压痕方法研究

采用有限元仿真技术,通过分析残余应力对压痕功与卸载斜率之间关系的影响,建立压痕的加载功、弹性恢复功、卸载斜率和材料的屈服强度、残余应力以及球压头半径之间的非线性关系。利用有限元仿真数据训练神经网络模型,建立压痕功、卸载斜率、屈服强度、硬化指数和残余应力之间的非线性映射关系来辨识残余应力。结果表明文中方法能有效获得残余应力值。     

超声磨削表面残余应力工艺实验与回归分析

为了探索超声磨削的工艺特性,研制了轴向超声磨削加工实验装置,对45钢进行实验研究,采用i XRD便携式高速残余应力分析仪测量磨削表面残余应力,从实验角度分析磨削工艺参数对残余应力的影响,建立了残余应力关于磨削深度、超声振幅和砂轮线速度的回归方程,并用该方程预测表面残余应力.研究结果表明:普通磨削和超声磨削均在试件表面产生残余压应力,且轴向方向的残余压应力显著大于磨削方向的残余压应力;磨削深度和超声振幅能够增大残余压应力,砂轮线速度的增加会降低残余压应力;预测值与实验值的最大相对误差不超过5%,验证了该模型能有效预测超声磨削加工表面残余应力.     

30NiCrMoV12和EA4T材质高速动车组车轴服役性能

为全面掌握高速动车组30NiCrMoV12和EA4T两种车轴材质的服役性能，分别实测了新、旧车轴的化学成分、常规力学性能、标样疲劳特性、冲击性能、断裂韧性、疲劳裂纹扩展门槛值和疲劳裂纹扩展速率等，并对其金相组织进行观测，综合评价分析两种材质车轴服役性能. 结果表明:（1） 与EA4T材质相比，30NiCrMoV12材质车轴中Ni含量高10倍，Mo、V含量高2倍，C含量略高，抗拉强度高34%，屈服强度高54%，疲劳强度高30%；（2） 断裂损伤性能对比中，30NiCrMoV12材质车轴比EA4T材质车轴的常温冲击功约低12%，断裂韧性约高34%，EA4T材质新轴疲劳裂纹扩展门槛值比30NiCrMoV12新轴的高21%，旧轴时两者相当；（3） 当应力强度因子幅度小于50 MPa?m1/2时，30NiCrMoV12材质车轴裂纹扩展速率大于EA4T材质车轴，反之，30NiCrMoV12材质车轴裂纹扩展速率小于EA4T材质车轴；（4） 30NiCrMoV12材质车轴整个截面组织均为晶粒细小的贝氏体和回火马氏体，淬透性较好，制造工艺性能好；EA4T车轴在表面约30 mm深度范围为均匀的贝氏体和回火马氏体，后随深度增加逐渐出现铁素体，距表面60 mm为珠光体和铁素体，并以铁素体为主.      

钢轨三维弹塑性滚动接触应力

用有限元法建立了钢轨三维弹塑性滚动接触计算模型，分析钢轨材料屈服强度对钢轨残余应力和应变的影响．模型中考虑了钢轨的几何形状和边界条件，通过在钢轨表面反复施加移动赫兹法向压力和切向力模拟车轮的反复滚动作用．结果表明：最大等效塑性应变和剪应变均发生在钢轨接触表面，此处易萌生裂纹；钢轨接触表面附近材料塑性变形流线趋势与现场观测到的裂纹方向一致；钢轨材料屈服强度越高，材料的累积塑性变形越小，钢轨的最大残余应力越接近于表面．     

由应力集中引起的孔边塑性变形对小孔松弛法测定焊接残余应力精度的影响及其修正方法

目前,小孔松弛法测定焊接残余应力在推广使用中的主要问题是如何提高其测量精度。标定试件一般是在拉应力σ≤1/3σ_s时确定常数,然后进行实测。我们认为,当残余应力较大时,按弹性范围的标定常数测取残余应力必然产生误差。残余应力越大,误差越大,当σ接近σ_s时,在本文标定中确定的测量误差为19％。文章对如何进一步提高测量精度进行了新的探索,着重对由于孔边应力集中引起的孔边塑性变形而产生的测量误差作了研究。发现当σ>1/2σ_s时测得的释放应变ε是由纯弹性释放应变ε_e和孔边塑性变形的影响ε_p所组成。计算时应在ε中减去ε_p,即用ε_e算得的残余应力才是真值。本文采用修正方法用ε_e代替ε,在σ接近σ_s时,其测量误差已降至2％以下,从而提高了小孔松弛法测定焊接残余应力的精度。     

齿轮塑性变形失效的安定极限分析

为研究直齿圆柱齿轮优化设计中残余应力对齿轮材料塑性极限的影响,基于Hertz接触理论和齿轮局部坐标下的弹塑性接触模型,分析了直齿圆柱齿轮啮合过程中的弹性接触应力、残余应力及弹塑性接触应力.根据第三强度理论,导出齿轮材料在弹性状态下弹性极限约为简单拉压屈服极限的1.6倍;根据安定极限理论,考虑齿轮啮合过程产生的残余应力对齿轮材料的强化作用,得到弹塑性状态下齿轮接触的静力安定极限约为简单拉压屈服极限的2.3倍;与弹性极限相比,将静力安定极限作为齿面出现塑性变形的失效判据,齿轮材料的许用应力提高了约50%.     

城际动车组车轴应力谱的极值推断

为评估车轴的可靠性或扩展车轴的应力谱，需要预判车轴全寿命期内的最大应力. 首先，综合考虑推断精度和统计效率等因素，基于Sturges公式选取0.5 MPa为组距对实测车轴应力-时间历程进行雨流计数，得到车轴应力的经验累积分布函数. 其次，针对不同的门槛限值计算应力的经验均值超限函数，通过确定经验均值超限函数的拐点确定合理门槛限值. 然后，基于Pickands-Balkema-de Haan定理，利用广义帕累托分布拟合车轴应力的超限分布函数，并通过拟合分布外推车轴全寿命期内的最大应力. 最后，利用实测车轴应力数据进行了验证. 研究结果表明:为评估车轴寿命期内的最大应力，大约需要不少于 3000 km 的线路测试；基于13.5 t轴重实测数据推断的应力极值比基于14.1 t轴重计算的校核应力高出13%，因此完全按照设计轴重满载运营，需格外谨慎.      

柴油机机体振动消除残余应力的测试研究

本文对铁道部资阳内燃机车工厂生产的１６２４０柴油机机体振动时效前后的残余应力进行了测试研究，采用了磁测法和电阻应变片法相结合之手段，讨论分析了振动消除残余应力的机理。结果表明：振动时效对降低１６４２０柴油机机体这样的大型焊接结构的残余应力有明显效果。     

计及残余应力时柱子的非弹性屈曲理论研究

阐述了焊接钢结构残余应力的起因，以及非弹性不计残余应力柱子的相当切线模量理论和计及残余应力柱子的相当切线模量理论，并以两端简支柱为例叙述了它们的处理方法和计算公式。该理论除解释焊接钢结构屈曲承载能力偏低的原因外，还可为大型焊接钢结构稳定性计算提供基础理论和方法。     

JQ130架桥机机臂火焰矫形后的残余应力分析

通过对ＪＱ１３０架桥机机臂火焰矫形后的残余应国和的测试分析，归纳出其残余应力的有关规律，并分析了残余应力对机臂强度的影响，为架桥机的性能论证提供了有效的借鉴。