典型环境大气污染物对接触网金属件腐蚀的影响分析

金属在外界环境影响下常遭受化学和电化学的作用而引起腐蚀失效．而电气化接触网是沿铁路沿线架设的特殊电力线路．其金属件不可避免地要受到各类盐雾、硫,氟气体等典型环境污染物的侵蚀而失去使用的可靠性、安全性和耐久性,而接触网金属零部件采取传统的热镀锌防腐措施很难满足当今电气化铁路的发展要求这样不但缩短了接触网金属件的使用寿命、增加了维护成本,而且对电气化铁道的安全运行也构成了威胁。本文结合我国电气化铁路典型环境下接触网材料出现腐蚀的情况调研及分析研究,提出了典型环境下接触网金属防腐措施建议,以此抛砖引玉,与同行交流与探讨。     

地铁列车螺栓断裂问题分析及优化

基于某地铁列车一系簧下压盖紧固螺栓断裂问题开展分析及优化,通过仿真、试验、图像及理论分析,研究该处螺栓的载荷特性、断裂失效机理,并研究相关优化解决措施.研究表明:该处螺栓为疲劳断裂,原螺栓预紧力及疲劳强度均不满足要求,是造成螺栓断裂的主要原因;通过对螺栓的载荷特性研究,发现原始结构的一些特征是导致该处螺栓出现较高载荷的主要原因.通过对螺栓型号、预紧力、端盖厚度、调节垫外形等优化手段,使得该处螺栓静强度、预紧力均满足要求,螺栓的疲劳寿命提升至原来的3.5倍以上,基本满足列车服役寿命需求.     

高速铁路接触网腕臂系统的力学特性

为了解决高速铁路接触网腕臂疲劳裂纹及零部件脱落的难题进行了腕臂系统的力学特性研究. 建立了腕臂的实体有限元模型,研究了腕臂系统在风环境和覆冰影响下的静力学特性;采用模态分析,获得腕臂的固有频率和振型;基于变形方程,推导出腕臂系统载荷的传递函数,获得了腕臂上载荷的分布规律;通过台架试验验证了腕臂实体有限元模型的正确性. 研究结果表明:腕臂系统的最大位移均在定位线夹处;当覆冰载荷作用时,腕臂系统的最大应力点在斜腕臂和套管双耳连接的螺栓处;当静风荷载作用时,腕臂系统的最大应力点在定位线夹处.      

弓网系统载流摩擦磨损研究现状

随着电力传输系统、现代铁路交通系统、工业发电机等领域的发展,受电弓/接触网系统(简称弓网系统)的载流摩擦行为备受关注。弓网系统是电力机车的关键受流部件,受电弓在工作时需要从接触网获取电能,其稳定性和受流质量关系到电力机车的可靠、良好运行。文章介绍了载流摩擦的基本特征及其评价分析手段,阐述了弓网系统中4个主要因素(摩擦学参数、载流参数、环境工况、摩擦副材料)对其载流摩擦磨损行为的影响,重点探讨了弓网系统载流摩擦过程中的主要磨损机制及电弧烧蚀的影响,最后对全文进行总结并提出了今后的研究方向。     

桥梁缆索钢丝疲劳性能影响因素试验

为研究桥梁缆索钢丝的疲劳与腐蚀疲劳性能，采用不同强度等级新钢丝、服役7年的斜拉桥拉索钢丝和人工加速腐蚀钢丝开展了缆索钢丝疲劳与腐蚀疲劳试验；根据典型疲劳断口宏观形貌特征，探究了缆索钢丝的疲劳断裂机制；采用威布尔分布函数拟合了缆索钢丝的应力-疲劳寿命曲线，对比了不同钢丝应力-疲劳寿命曲线的差异，揭示了强度等级、应力比、腐蚀损伤和腐蚀疲劳损伤4个关键因素对缆索钢丝抗疲劳性能的影响规律，并建议了相应的疲劳强度曲线。试验结果表明：钢丝未发生腐蚀时抗疲劳性能良好，随着强度等级的提高，缆索钢丝的疲劳强度显著增大，对应的疲劳极限也逐渐上升；缆索钢丝的疲劳强度随应力比的增大而显著减小；腐蚀和腐蚀疲劳损伤均会大幅降低缆索钢丝的疲劳强度，腐蚀疲劳损伤对缆索钢丝剩余疲劳寿命的影响大于单一腐蚀损伤；新钢丝的疲劳裂纹起源于表面划痕或材料不均匀处，对于带腐蚀和腐蚀疲劳损伤的钢丝，蚀坑处存在显著的应力集中，疲劳裂纹源形成于钢丝表面蚀坑处，多源裂纹萌生与裂纹不规则扩展的几率增大；桥梁缆索抗疲劳设计与安全评估时应综合考虑钢丝强度等级、应力比、腐蚀和腐蚀疲劳损伤的影响，试验采用国内桥梁缆索广泛使用的钢丝，得到的疲劳强度可...     

受电弓滑板载流磨损机理演变过程试验研究

为了研究高速弓网系统材料载流摩擦磨损行为,采用高速环-块式载流磨损试验机,研究了载流200 A、法向载荷70 N、滑动速度80~160 km/h条件下,纯碳滑板/铜合金接触线之间电弧放电现象和纯碳滑板的载流磨损特性,并用光学显微镜来观察滑板磨损表面形貌.研究结果表明:随着试验时间的增加,滑板振动和电弧放电现象逐渐加剧,电弧放电频率先增加后逐渐趋于稳定,电弧平均单次放电能量也增加,滑板磨损量缓慢增加后快速上升;当滑动速度为160 km/h时,试验时间50 min的磨损率(0.037 27 g/km)是试验时间10 min磨损率(0.013 40 g/km)的3倍;高速载流条件下,滑板磨损机理随着试验的进行发生了由轻微机械磨损到重机械磨损伴随轻微电弧侵蚀,最后转变为机械磨损和电弧侵蚀共存状态的变化.      

高速列车轮轨激励作用机理及其影响综述

针对高速列车运行过程中普遍存在的轮轨激励问题,系统归纳了轮轨激励常用的研究方法,分析了引起轨道不平顺、车轮非圆等轮轨激励的原因及其作用机制,重点研究了车轮多边形磨耗、钢轨波磨等中高频轮轨激励的形成机理;从动力学性能和噪声方面阐述了轮轨激励作用对高速列车运行品质的影响,从疲劳损伤的角度分析了轮轨激励对车辆/轨道系统零部件服役性能的影响;结合现有监测技术和轮轨激励研究方法,提出了高速列车轮轨激励的研究展望。研究结果表明:现场观测、数值仿真和试验模拟是目前研究轮轨激励最常用的方法;轮轨摩擦自激振动、车辆/轨道系统零部件结构共振、材料自身特性及工艺质量是导致轮轨激励形成的根本原因;系统结构参数、运行速度、里程、载重、线路条件等因素都会影响轮轨激励的形成和发展;低频激励的存在虽然会限制列车曲线通过速度,但对车辆/轨道系统零部件服役性能影响不大;中高频激励会严重影响列车运行品质,使系统长期处于中高频振动状态,引起零部件的结构共振,加速系统零部件的疲劳损伤;建议结合实时监测技术和精准的检测手段对轮轨激励形成机理和发展过程展开深入研究,并可通过轮轨匹配型面优化、工艺设备和减振降噪装置智能化产品的研发、车辆/轨道系统结构优化和维护保养等措施来抑制或减缓轮轨激励的产生和发展。      

轮轨疲劳损伤模拟实验研究及展望

轮轨的疲劳损伤严重影响高速重载铁路运行安全,其研究受到广泛的关注和重视.本文总结了目前轮轨疲劳损伤行为的主要研究方法,指出了模拟实验是研究轮轨疲劳损伤的一种重要手段;介绍了西南交通大学轮轨摩擦学课题组利用轮轨模拟试验机开展的系列国产轮轨材料疲劳损伤模拟实验结果,分析了影响轮轨表面疲劳裂纹损伤的关键因素,阐明了轮轨材料次表面疲劳损伤的形成与扩展规律,初步研究了低温环境对轮轨材料疲劳损伤行为的影响;最后,展望了复杂服役工况(高寒、高温、高湿、雨雪、风沙、雾霾、柳絮)下我国轮轨材料疲劳损伤研究未来需深入开展的研究内容.      

扭矩对试验机转轴微动损伤特性的影响

为了探索扭矩作用下转动轴的微动损伤特性,利用JD-1轮轨模拟试验机,通过改变载荷大小,研究了制动力矩对转轴与轴承内圈过盈配合面微动损伤特性的影响,并借助激光扫描共聚焦显微镜和扫描电子显微镜观察损伤表面的磨痕和剖面微观组织,分析了不同扭矩载荷下转轴表面的微动损伤机理.结果表明:在垂向试验载荷和制动力矩的作用下,试验机转轴在与左右两端轴承内圈过盈配合面处出现了微动损伤,磨损形式主要表现为磨粒磨损和粘着磨损;随着制动力矩的增加,转轴配合面的表面磨损加剧,塑性变形层变厚约75%,微动损伤变得更严重;左端配合面的磨损和塑性变形均比右端严重,两端配合面处的塑性变形层厚度分布不均;转轴配合面处产生了微裂纹,且左端产生的裂纹多于右端,微裂纹的数量随着制动力矩的增加而增多了约6倍,裂纹扩展角度也变大约50%.     

基于疲劳可靠度的钢桥面板限载取值

为确定钢桥面板限载的合理取值,建立钢桥面板多尺度有限元模型,利用动态称重(WIM)和Monte Carlo方法生成随机车流样本并进行有限元模型动态加载,通过雨流计数法获取钢桥面板随机疲劳应力谱,基于可靠度理论和疲劳累积损伤理论计算钢桥面板典型细节疲劳可靠度,提出基于疲劳可靠度的钢桥面板限载取值方法;以某跨海斜拉桥钢桥面板为例,基于连续12个月的WIM数据,分别对钢桥面板典型细节进行疲劳可靠性评估,考虑交通量和荷载水平的线性年增长系数,确定了不同交通状况下钢桥面板的限载取值。研究结果表明：当前交通状况下钢桥面板疲劳可靠度指标均高于目标疲劳可靠度指标;交通量和荷载水平对钢桥面板疲劳可靠度指标影响较大,考虑交通量线性年增长系数为2.0%或荷载线性年增长系数为0.4%时,钢桥面板部分细节在设计使用年限内疲劳可靠度指标低于目标疲劳可靠度指标;考虑交通量线性年增长系数为3.0%且荷载线性年增长系数为0.6%时,当前49.0 t限载条件下细节疲劳可靠度指标低于目标疲劳可靠度指标,设置限载为36.5 t时疲劳可靠度能够满足疲劳安全要求;当前荷载水平下行车道最大日均货车交通量为3 820 veh,运营过...     

角接触球轴承微动磨损行为

为了解载荷、摆动角度和循环次数对角接触球轴承微动磨损行为的影响,用自制的轴承微动试验装置对角接触球轴承QJ208在干态下进行了3种摆角(0.88°、1.21°和1.54°)、4种轴向载荷(2.5、5.0、10.0和20.0 kN)、2种循环次数(2和12万次)的摆动微动试验,在此基础上,对轴承磨痕进行分析.结果表明:外圈上微动磨损随载荷增大而减缓,随摆角增大而加重,随循环次数的增加,其磨损增幅趋缓;在摆角为0.88°时,磨损机制以疲劳磨损为主,在摆角为1.54°时,则以磨粒磨损为主;在同一钢球接触处,外圈上的磨痕比内圈上的磨痕严重.     

微动对车轴钢疲劳性能的影响

针对铁道轮轴间微动损伤的特点,设计了能够模拟过盈连接在旋转弯曲载荷下微动损伤问题的试样轴和试样套管．在实物车轴的特定位置切割试样,加工制作了常规疲劳试样和微动疲劳试样,并采用温差法组装微动疲劳试样的轴和套管,然后借助四点旋转弯曲疲劳试验机,通过单点法试验得出了该车轴钢的常规疲劳寿命（S—N）曲线和微动疲劳寿命曲线．结果表明,微动显著降低了车轴钢的疲劳极限,并且微动疲劳试样均在轴套配合的边缘断裂．     

长寿命高性能耐候钢桥研究进展与工程应用

系统归纳与剖析了国内外耐候钢桥的研究新进展及工程应用情况, 总结了稳定耐候锈层的形成机制、选材标准、腐蚀与疲劳损伤机理、耐候构造、耐候螺栓研发以及锈层检测与评价技术等方面的关键科技成果, 梳理并完善了耐候钢桥的适用范围和腐蚀余量设计指标, 提出了耐候钢桥锈层稳定化处理及施工技术要点; 评析了耐候钢桥锈层损伤检测与评价技术、腐蚀损伤养管技术, 结合美、日耐候钢桥工程事故经验教训和中国首批长寿命高性能耐候钢桥建设技术创新成果, 探讨了该领域的技术创新方向。研究结果表明: 耐候锈层由外层的γ-FeOOH、α-FeOOH以及内层的非晶态FeOOH化合物与Fe₃O₄构成, 稳定耐候锈层能否形成与保持, 主要受氯离子、积水和积尘等因素的影响; 建议编制中国高性能耐候钢桥选材区划图谱, 完善稳定耐候锈层构造设计准则; 现代耐候钢桥具有高性能和长寿命的技术特征, 带锈层构造细节的面内应力疲劳、面外变形疲劳试验和数值断裂力学模拟, 以及耐候高强螺栓长期耐损性能研究的推进, 将为建立完善的耐腐蚀、抗疲劳设计准则奠定基础; 人工智能技术的应用将推动长寿命高性能耐候钢桥智能运维技术的重大进步; 应加大研发投入, 建立具有中国自主知识产权的长寿命高性能耐候钢桥设计、建造和运维标准规范体系, 培养高素质的工程技术人才, 推进交通强国建设。      

空腹式无铰拱桥开裂荷载计算方法研究

开裂是混凝土及圬工拱桥使用过程中的常见现象,是其损伤开始的标志.鉴于空腹式无铰拱桥开裂荷载研究不充分的现状,在总结拱桥破坏规律的基础上,提出对称荷载破坏、偏载破坏两种基本破坏型式,使用悬索线拱桥理论推导了其开裂荷载的实用表达式,为实际拱桥状态的快速评定提供理论依据     

基于疲劳累积损伤的板式橡胶伸缩装置仿真分析

以公路板式橡胶伸缩装置为研究对象,在荷载与应力谱模拟的基础上,根据螺栓、焊点以及混凝土的疲劳S-N曲线,按照Miner准则,对板式橡胶伸缩装置主要部件进行累计损伤分析,并进行板式橡胶伸缩装置疲劳寿命估算。结果表明,采用疲劳损伤分析方法可以得到板式橡胶伸缩装置各部件破坏的先后顺序,与现场调查的板式橡胶伸缩装置破坏次序与特征比较吻合。     

高铁声屏障连接螺栓松弛对疲劳寿命的影响

螺栓的疲劳寿命和松弛寿命影响着螺栓的使用寿命，在疲劳和松弛的共同作用下，柱脚处连接不断退化，为探究高铁声屏障连接螺栓松弛对疲劳寿命的影响，以某速度为400 km/h高铁声屏障非对称排布和对称排布螺栓为研究对象，利用ANSYS建立柱脚螺栓有限元模型，通过降温法施加预紧力，并施加正负单位弯矩荷载，计算柱脚最不利螺栓在不同预紧力作用下的应力幅，提出了应力幅随预紧力变化的拟合关系式；利用Midas建立声屏障整体模型，分析列车在400 km/h行驶速度下结构动力响应特性，提取柱脚螺栓弯矩时程结果，对仅考虑疲劳失效的螺栓寿命和考虑松弛疲劳共同影响下的螺栓寿命进行比较.研究结果表明：螺栓松弛会使预紧力下降，导致两种柱脚模型的螺栓应力幅增大；在已有的柱脚螺栓时程计算中，考虑松弛疲劳共同影响下的疲劳寿命比仅考虑疲劳作用时大大降低，当松弛导致预紧力下降至55%以后，将会产生疲劳效应，该结果可为连接结构领域设计人员定量评估螺栓寿命以及对螺栓的维修养护方面提供参考依据.     

两种焊接工艺下过共析钢轨接头的冲击磨损性能

为研究闪光焊、铝热焊两种焊接工艺下过共析钢轨焊接接头的冲击损伤演变行为以及性能差异,在自制的冲击磨损试验机上对过共析钢轨焊缝、热影响区软化部位及母材进行了不同冲击次数下的模拟实验. 研究结果表明:随着冲击次数的增加,钢轨焊接接头的冲击磨损均经历着塑性变形、点蚀破坏和疲劳剥落的过程,冲击损伤是疲劳磨损和氧化磨损共同作用的结果;由于焊接工艺导致的接头组织结构和力学性能的差异,热影响区软化部位冲击时塑性变形最严重,磨损体积和磨损率最大,抗冲击性能最差;由于对闪光焊焊接接头进行了焊后正火热处理,其组织结构及抗冲击性能明显优于铝热焊;硬度对焊接接头的抗冲击性能有显著影响,硬度越高,抗冲击性能越好,疲劳剥落出现的时间越晚.      

牵引供电系统可靠性建模方法

采用基于遗传算法的拟合方法,提出了一种以威布尔分布模型为基础的牵引供电系统的可靠性建模方法。以京广线郑州南段牵引供电系统为例,根据统计的14年设备失效率信息,采用建模方法建立了牵引供电系统各设备的可靠性模型,运用BDD算法得到整个牵引供电系统的可靠性模型,计算了系统的有效寿命。拟合优度的K-S和W2检验结果表明:该建模方法是一种适用于牵引供电系统特别是接触网系统可靠性分析的。有效寿命的计算结果表明:牵引供电系统与接触网的有效寿命分别为3.116年与3.215年,供电系统的可靠性在很大程度上取决于接触网的可靠性。