WJ-7型扣件横向阻力试验研究

为确定轨条碎弯时WJ-7型扣件的横向刚度取值,在实验室条件下,对一段安装了一组扣件的短钢轨加载横向力,测量扣件铁垫板和钢轨截面轨头、轨腰、轨底的横向位移,考虑到试验误差,只取均匀性较好5组数据分析横向力与位移之间的关系。试验结果表明:铁垫板位移随横向力的加载呈线性增加;以铁垫板产生单位位移所需施加的横向力表征横向刚度,常阻力扣件横向刚度在143.7～162.1 kN/mm,小阻力扣件横向刚度在130.2～138.9 kN/mm;钢轨截面各位置横向位移曲线由二次抛物线和直线两部分组成。     

城市轨道交通线路钢轨剥落掉块分析与防治措施

对苏州轨道交通2号线钢轨剥落掉块地段进行调查研究,了解了钢轨剥落掉块的具体情况与原因。通过现场轨底坡调整实验与有限元计算可知,在小半径曲线地段将上、下股轨底坡均由1∶40调至1∶20后,曲线上股钢轨光带由内侧转移至钢轨顶部中间区域;轨底坡调整后,钢轨受力情况由偏荷载变成正荷载,其应力与变形量均减小;轨底坡调整前钢轨应力集中在钢轨内侧轨头弧度位置,与现场剥落掉块处相吻合,轨底坡调整后钢轨应力基本均匀分布于整个轨头,避开了现场剥落掉块处。因此建议在城市轨道交通钢轨剥落掉块预防整治时可以考虑在小半径(半径小于400m)曲线地段将轨底坡设置为1∶20,该措施可减少轮轨非正常接触,延缓剥落掉块的发展。     

钢轨在轮轨力作用下的垂向应力响应特性

为选择无缝钢轨垂向响应测量传感器的合理安装位置,需要寻找无缝钢轨在车轮荷载作用下的最大垂向应力响应区域。运用Abaqus有限元软件建立三维模型,仿真分析了无缝钢轨在不同轮轨力作用下的垂向应力分布规律,并通过轮轨力加载试验台进行了试验验证。研究发现:轨腰处的垂向应力响应与车轮荷载基本成线性关系;在平行于钢轨底面的同一平面内,轨腰内侧的垂向应力响应大于轨腰外侧;轨腰处的垂向应力最大区域分布在钢轨跨中轨腰最上方。     

曲线上钢轨横向位移影响因素分析

为研究曲线上钢轨横向位移的影响因素,建立了包括钢轨、轨下垫层、扣件的有限元模型,分析了在有、无列车荷载的作用下钢轨的横向位移随曲线半径、升温幅值的变化规律,及钢轨在受温度力这种分布力作用时扣件参数对钢轨横向位移的影响。结果表明在升温幅值较大的小半径曲线上,温度力会使钢轨产生较大的横向位移;扣件对钢轨横向位移的影响与钢轨所受的荷载有关,适当增加弹条的扣压刚度可减少温度力引起的钢轨横向位移。     

钢轨轨头下颚水平裂纹伤损的研究

对轨头下颚水平裂纹伤损钢轨进行宏观和微观检验,结合钢轨生产加工工艺及钢轨受力分析,指出产生轨头下颚水平裂纹伤损的内因和外因,为避免线路上类似伤损发生,应严格控制钢轨表面的轧制质量。     

60N U71MnG钢轨轨头裂纹成因分析

对线路探伤检查发现的60N U71MnG重伤钢轨进行磁粉检测复核，在钢轨轨头工作边侧表面发现了裂纹。为查明裂纹产生的原因，人工压断裂纹钢轨并取样，对裂纹处断口进行宏观形貌观察、扫描电镜观察及能谱分析，以获得裂纹断口的形貌特征和伤损特点；对试样进行显微组织观察和维氏硬度检验，以分析裂纹的成因和机理，并在考虑温度拉应力和列车动弯应力作用下，对钢轨受力及裂纹萌生机理进行仿真分析。结果表明：钢轨轨头工作边侧表面裂纹为冷态下形成的外伤，裂纹及其附近部位曾受到过剧烈摩擦产生高温并发生相变产生了马氏体组织；当轨温为-33℃时，在温度拉应力和列车产生的动弯应力的共同作用下，白层马氏体表面中心偏下位置的拉应力为417.6 MPa，裂纹易从钢轨表面中心萌生，其尖端应力强度因子KI为28.9 MPa·mm1/2，高于钢轨断裂韧性KIC的最小单值，因此钢轨在经历很短的循环载荷周次后便从白层马氏体处发生裂纹失稳扩展。     

钢轨的振动及其模态分析

通过对钢轨进行模态分析来研究钢轨的振动.对比分析了不同刚度扣件下钢轨的自振频率.通过研究钢轨自振情况下的应力分布来寻找更好的轨道减振措施.结果表明:扣件刚度越大钢轨的自振频率越大,但是变化不大;钢轨振动时其轨腰处应力较大,尤其是扣件位置.因此,研究通过在钢轨上采取措施来实现减少轨道振动这一方面的课题时,建议应将重点放在研究减少钢轨轨腰的振动上.     

钢轨铝热焊接头横向断裂分析

通过宏、微观检查,分析了钢轨铝热焊接头断裂失效的原因。结果表明,钢轨铝热焊接头断裂的主要原因是由于铝热反应不充分,在轨腰焊筋表层和次表层产生粗大的含有氧化铝、珠光体和马氏体的夹渣类型焊接缺陷,导致铝热焊头使用初期在夹渣类型缺陷处形成裂纹源进而发生横向断裂。轨腰焊肉处存在的沿晶界分布的马氏体组织,加剧了钢轨的脆性断裂过程。     

用简化模型分析轮轨系统横向动力响应

根据轨道结构轮轨相互作用特点，建立了冲击荷载作用下轨道结构横向振动简化模型，在一系列假定的基础上，利用MATLAB的Simulink语言编制轮轨动力作用程序，通过改变钢轨扣件横向刚度和道床横向刚度，观察其对轮轨系统横向振动特性及钢轨磨损的影响。结果表明：对曲线地段轨道结构横向刚度进行合理取值，能有效地降低轮轨相互作用以及延缓轮轨磨损。     

有轨电车新型嵌入式轨道钢轨抗倾覆性能分析

新型钢轨嵌入式轨道中未设置扣件系统,而采用聚氨酯填充材料将钢轨嵌固于承轨槽内,故钢轨的抗倾覆性能很大程度上取决于聚氨酯材料的稳定性,必须对其进行检算。基于钢轨稳定性理论,建立三维有限元计算模型,分析列车垂向偏心荷载和横向荷载共同作用下钢轨的抗倾覆性能。研究结果表明:嵌入式轨道中钢轨的抗倾覆性能受诸多因素影响,其中垂向荷载偏心距和聚氨酯材料的弹性模量起控制作用,轨腰楔形块间距对钢轨抗倾覆性能的影响很小。荷载作用点处轨头横移量随偏心距的增大而增大,随聚氨酯材料弹模的增大而减小。为保证钢轨不致在组合荷载作用下发生倾覆,建议聚氨酯填充材料弹性模量的取值范围为5~15 MPa。     

轨道结构横向刚度改变对轮轨动力性能影响

根据城市轨道交通轮轨相互作用特点，以小半径曲线为研究对象，建立了冲击荷载作用下轨道结构横向振动简化模型。在一系列假定的基础上，利用MATLAB的Simulink语言编制轮轨动力作用程序，通过改变钢轨扣件横向刚度，观察其对轮轨系统横向振动特性及钢轨磨损的影响，结果表明：对曲线地段轨道结构横向刚度进行合理取值，能有效地降低轮轨相互作用以及延缓钢轨磨损。     

在线热处理贝氏体钢轨三维残余应力研究

采用锯切应变片法与X射线衍射法,对75 m定尺在线热处理贝氏体钢轨全断面三维残余应力进行表征,研究两种残余应力测量方法的适用范围.结果表明:通过两种方法测得的钢轨头部、中部、尾部纵向残余应力分布规律基本一致,均呈C形分布,即轨头和轨底为残余拉应力,轨腰为残余压应力;轨头轨面下30 mm深度范围内为纵向残余拉应力;内部残...     

钢轨踏面斜裂纹与轨头核伤的B型图对比分析

1核伤与斜裂纹的特点钢轨轨头横向疲劳裂纹俗称轨头核伤(简称核伤),呈椭圆形,长、短轴之比约3:2。核伤疲劳源一般位于距踏面8～12mm、距内侧5～10mm处。核伤方向与轨头侧面近乎垂直,与踏面多呈10°～25°夹角(单行线上)或近乎垂直(复行线上)。核伤在未发展到外表面时肉眼不可见,称"白核";已扩展到外表面时,因氧化变为黑色,称"黑核"。核伤可导致钢轨横向折断,严重影响铁     

U71Mn钢轨焊缝处核伤扩展寿命的估算

根据包兰线银川段U71Mn 50kg/m钢轨运营情况,在应力比R为0.1、0.5条件下对钢轨轨头焊缝处材料进行三点弯曲疲劳裂纹扩展速率测试。采用七点递增多项式法进行回归分析,得出其裂纹扩展速率材料常数C和m。按照50kg/m钢轨实际尺寸建立模型,利用ANSYS有限元分析软件计算其轨顶动弯应力,并根据Paris公式对焊缝处钢轨进行使用寿命估算。相同运营情况下,若核伤由可探测范围(核伤直径不小于10mm)扩展至核伤面积占轨头面积的30%,则应力比为0.1时,容许通过总质量不超过8.65Mt,运营时间不超过87d;应力比为0.5时,容许通过总质量不超过6.28Mt,运营时间不超过63d。研究成果可为确定线路探伤周期和正确评价钢轨运营现状提供依据。     

重载铁路U78CrVH钢轨闪光焊接头轨头核伤缺陷分析北大核心

针对一重载铁路出现多个闪光焊接头因轨头探伤反射回波超标下道的问题,对其中一个接头采用落锤试验、宏观观察、金相显微观察、扫描电镜观察、能谱成分测试等方法进行了研究。结果表明:经过轨头受拉落锤试验折断的接头断口上存在核伤疲劳裂纹(白核),裂纹源位于踏面下13 mm处且存在横向扩展裂纹;裂纹源完全处于闪光焊接头的焊缝中心,并存在硅、锰、氧等灰斑夹杂元素。焊缝中的灰斑夹杂物破坏了焊缝组织的连续性,降低了接头的综合力学性能,当接头在服役过程中受车轮循环载荷作用时,灰斑夹杂物首先萌生出裂纹并横向扩展,最终形成轨头核伤。核伤附近的钢轨母材中A类夹杂物较多,应引起注意。建议改进焊接工艺参数,避免焊接过程中氧气进入;提高探伤检测技术,加强重载铁路钢轨焊接接头轨头部位的探伤检查。     

重载铁路钢轨铝热焊接头S形断裂失效原因分析

采用扫描电子显微镜、光学显微镜、直读光谱仪、布氏硬度计对重载铁路钢轨铝热焊接头S形断裂件的断口微观形貌、金相组织、化学成分、硬度进行了检验分析。结果表明:铝热焊接头伤损属于起源于轨腰焊筋表面缺陷处的纵向裂纹引起的钢轨S形断裂;轨腰焊筋尖端表面存在大尺寸疏松缺陷是轨腰纵向裂纹产生的主要原因;同时焊缝内部存在缩孔和大量疏松缺陷,降低了焊缝强度,促进了裂纹的快速扩展,最终导致脆性断裂。     

高速铁路温度场作用下桥上无缝道岔与桥梁相互作用研究

采用通用有限元软件MIDAS/CIVIL建立郑西客运专线渭南北站桥上单开和渡线无缝道岔—桥梁有限元模型,研究温度场作用下无缝道岔与桥梁的相互作用。结果表明:在温度荷载作用下,单开道岔和渡线道岔区钢轨的纵向位移远大于横向位移,最大横向位移约为1~2mm,最大纵向位移约为20~30mm,但均小于钢轨位移允许限值40mm;单开道岔和渡线无缝道岔区钢轨的最大温度纵向力分别为1 303和1 340kN,均发生在连续梁梁缝附近约20m范围内,因此应加强该区域钢轨的监测和养护,防止出现夏季胀轨、冬季断轨的现象,且建议在梁缝处适当减小扣件阻力;单开道岔和渡线道岔区梁体的横向位移非常接近且均较小,最大值分别为2.7和2.8mm,但梁体的纵向位移差异较大,最大值分别为5.3和26.8mm,且均发生在梁端部;无缝道岔区钢轨的温度变形对桥梁的纵向和横向位移影响均很小,梁体均匀温升是引起梁体变形的主要原因,因此桥梁的养护维修可不必过于关注道岔区温度力的影响。     

BNbRe钢轨轨腰裂纹形成原因的检验分析

某线路新铺设BNbRe钢轨探伤时发现有轨腰裂纹,通过对裂纹形态、断口的宏观形貌、金相组织、化学成分、力学性能和硬度等进行检验分析,结合现场调查,得出BNbRe钢轨轨腰裂纹起源于轨腰表面热轧标记处且与钢轨轧制和校直等工艺相关。     

钢轨探伤车特殊核伤B型图分析

钢轨轨头横向疲劳裂纹俗称核伤,严重影响行车安全。钢轨核伤多出现在距钢轨踏面8～12mm和距内侧5～10mm处,方向与钢轨纵剖面接近垂直,与踏面有10°～25°倾角(单行线上)或接近垂直(复行线上)。核伤可导致钢轨横向断裂,危害性极大,是最危险的钢轨疲劳缺陷之一。因此,对钢轨核伤检测尤为重要,根据B型图正确判断核伤关系到大型钢轨探伤车能否承担保障线路安全责任问题。1核伤产生原因     

基于蠕滑理论的钢轨临界平面疲劳参量仿真

为考虑轮轨蠕滑对钢轨疲劳裂纹萌生的影响,通过车辆-轨道多体动力学模型和钢轨有限元模型,分析不同线路条件下的轮轨接触压力和切向力对钢轨轨头(包括轨距角)的应力-应变响应,定量研究钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生疲劳参量FP中的正应力-应变部分与剪应力-应变部分对裂纹萌生的影响,并比较导向轮和非导向轮对FP的影响。仿真结果表明,考虑轮轨蠕滑的情况下,钢轨轨头绝大部分节点处于三向受压状态,疲劳参量FP主要是由剪应力-应变部分作用产生,对裂纹萌生预测应采用剪切型裂纹公式;FPmax所在的临界平面在钢轨横断面的投影线与横向水平轴呈105°~140°夹角,在水平面的投影线与纵向水平轴呈20°~50°夹角;导向轮作用下的FPmax要远远大于非导向轮作用下的FPmax。