朔黄重载铁路钢轨服役寿命研究北大核心

基于钢轨磨耗、钢轨重伤、换轨修理、线路运营等数据,分析曲线段外轨侧面磨耗和直线段(包括大半径曲线段)钢轨重伤量随累计通过总质量的发展规律并建立预测模型,提出朔黄重载铁路钢轨换轨周期建议值。结果显示:对于半径R≤800 m的曲线段,侧面磨耗是钢轨服役寿命的决定因素;对于直线段和R> 800 m的曲线段,钢轨寿命由钢轨重伤量决定。本文建立的预测模型能够有效预测钢轨磨耗、钢轨重伤量的发展规律。对于R≤400 m的曲线段,换轨周期(服役寿命)建议不超过通过总质量700 Mt;对于400 m 800 m的曲线段,换轨周期建议不超过通过总质量2 000 Mt。     

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。     

钢轨闪光焊接轨头焊缝缺陷分析

通过对钢轨闪光焊接头样品的超声波探伤检查和钢轨接头轨头受拉静弯试验,分析断口微观形貌和疲劳源区能谱、剖面显微组织和剖面形貌及能谱,提出钢轨接头焊缝未焊合缺陷构成疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩展产生钢轨接头大面积核伤和钢轨闪光焊接头轨顶面下10～15mm附近容易出现焊缝未焊合缺陷等结论;提出铺设前对新焊接钢轨接头焊缝进行全断面超声波探伤检查、研究开发现场焊接接头热处理中频感应加热方式、优化焊接工艺参数和调整检验规则等建议。     

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     

贝氏体钢轨母材轨头核伤原因分析

通过断口宏观与微观形貌观察、扫描电镜及能谱分析、金相显微组织分析等方式对3根贝氏体钢轨母材轨头核伤的原因予以分析,发现伤损均为氢致裂纹引起的轨头内部横裂型核伤。断口中心区域存在粗大的非金属夹杂物是导致钢轨中的氢在此处富集并形成裂纹的主要原因。贝氏体钢轨氢致裂纹型核伤的主要特征有:伤损位于轨头内部踏面下方4~10 mm处,断口中部存在粗大夹杂物;断口附近的低倍样中观察不到微细裂纹。通过采取改进生产工艺、降低钢中的氢含量(将钢水氢含量控制在1.7×10^-6以下)、减少钢中的粗大夹杂物等措施,再上线的贝氏体钢轨未出现该类伤损。     

朔黄重载铁路线路设备合理修理周期研究北大核心

基于朔黄铁路线路设备维修现状,通过理论分析、室内试验和现场测试探讨适用于该铁路线路设备的修理周期。结果表明:直线区段钢轨大修周期为1 390~1 650 Mt通过总质量;半径400~1 500 m曲线区段钢轨换轨周期为300~800 Mt通过总质量;建议在通过总质量达到60 Mt前进行预防性钢轨打磨,通过总质量超过150 Mt时进行修理性钢轨打磨;直线区段扣件更换周期与钢轨大修周期相同;道床每年捣固2~3遍,25、30 t轴重条件下通过总质量分别达到1 300~1 500 Mt、1 200~1 300 Mt时进行道床清筛。     

钢轨打磨对轨面疲劳裂纹扩展的影响

根据我国铁路运营现状,基于经典赫兹接触理论和Paris疲劳裂纹扩展理论,建立车轮荷载作用下钢轨疲劳裂纹扩展预测有限元数值分析模型,分别研究打磨深度、初始裂纹扩展角度、裂纹界面间摩擦系数等因素对钢轨打磨后轨面疲劳裂纹扩展的影响.结果表明,裂纹尖端复合强度因子和裂纹扩展速率随打磨深度的增加而减小,钢轨打磨对轨面疲劳裂纹扩展...     

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。     

我国重载铁路用68kg/m钢轨试验研究

研究目的：目前我国主要的几条重载铁路铺设使用了当今世界上断面最大的75kg／m钢轨，国外重载铁路发达的国家则大量使用美国铁路保养协会钢轨技术条件（AREMA-2004）中规定的136RE（68kg／m）断面的钢轨，且较为成熟。因此开展68kg／m钢轨的试验研究，可为我国重载铁路钢轨的铺用提供更多的选择，对发展我国重载铁路运输具有重要的意义.研究结论：热轧钢轨室温抗拉强度为1080MPa，轨顶面硬度达到300HB；成品钢轨中的氢含量为0．5×10^-4％，氧含量为12.3×10^-4％；轨头踏面及轨角处的显微组织为片状珠光体及少量铁素体；轨底最大残余拉应力为200.2MPa；-20℃断裂韧性KIC为32．5MPa·m^1/2；裂纹尖端强度因子△K=10MPa·m^1/2及13．5MPa·m^1/2时疲劳裂纹扩展速率da／dN分别为9，55m／Gc和31．98m／Gc。由以上试验研究结果可知，我国68kg／m热轧钢轨的各项性能指标均达到了《68kg／m钢轨暂行技术条件》的要求，可以上道试铺。     

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     

加载波形对LZ50车轴钢疲劳裂纹扩展行为的影响

在三角波、正弦波、方波3种加载波形下对LZ50车轴钢紧凑拉伸试样开展疲劳裂纹扩展试验,采用扫描电镜观察断口形貌,并结合试验数据分析加载波形对裂纹尺寸增量和扩展速率的影响。结果显示:加载频率较高时,疲劳裂纹扩展行为对波形的敏感性较低,断口形貌基本相同;加载频率较低时,波形对疲劳裂纹扩展行为的影响增大,断口形貌出现差异;稳态扩展区以疲劳条带为主要扩展机制,三角波加载下的疲劳条带间距明显小于其他2种波形,其失稳扩展区形貌以韧窝为主,且韧窝较其他2种波形下的小且浅。同时,基于LS-DYNA软件和节点位移外推法对CT试样在3种加载波形下的应力强度因子进行计算和分析。结果表明:仿真分析波形对疲劳裂纹扩展的影响机制与试验结果基本一致。     

动荷载与水耦合作用下无砟轨道混凝土层间裂纹扩展研究

随着高速铁路的大范围应用,无砟轨道在列车荷载与水耦合作用下的水致损伤问题备受关注。为研究列车荷载与水耦合作用下无砟轨道层间裂纹扩展现象,运用有限元软件进行无砟轨道层间裂纹扩展分析,开展动荷载与水耦合作用下的混凝土层间裂纹扩展试验。研究结果表明:裂纹尖端疲劳寿命与列车速度呈二次方关系,随列车轴重增加,裂纹尖端疲劳寿命显著降低;裂纹尖端剪应力随裂纹深度增大呈高次方增长;裂纹扩展初期尖端多呈一定弧度,裂纹局部会伴有压溃现象;混凝土层间裂纹沿界面扩展时为折线形,并可能会产生裂纹分叉,最终导致裂纹面掉块现象发生。     

铁路货车摇枕断裂疲劳失效分析研究

2004年底在黑龙江某地的维修检查中发现某铁路货车1位摇枕裂断,整个断面均为新断面,无旧痕。在裂纹源附近的断口分别进行扫描电镜和金相观察检验,测试了摇枕材料的常规理化性能指标。结果表明断口面上可见人字状裂纹扩展台阶,由摇枕的底部向上部扩展,断口并无明显疲劳断裂贝纹线特征;裂纹源区铸造缺陷及局部富含大量有害元素,如Pb、Sn、S等;常规理化性能检验结果符合标准要求。综合分析认为,摇枕裂断属于脆性断裂,与多种因素相关,但是裂纹源区铸造缺陷及局部富含大量有害元素应是造成疲劳裂纹萌生和扩展的主要原因。     

制动盘摩擦面热损伤的形成机理分析

热斑、疲劳裂纹和应力开裂是钢铁制动盘摩擦面在服役过程中存在的热损伤现象,是导致疲劳裂纹失效的重要起因。研究摩擦面热损伤的形成机理对于防止制动盘的热损伤失效具有重要意义。采用有限元计算与理论分析相结合的方法,研究了制动盘热斑、裂纹和应力开裂3种热损伤的形成机理、影响因素。重点分析了热斑形成的温度条件和材料的组织变化、裂纹的形成和扩展规律以及5种约束所形成热应力的分布规律。     

含裂纹的双块式无砟轨道道床垂向振动特性分析

基于线弹性断裂力学理论和车辆-轨道耦合动力学理论,采用有限单元法,建立含道床裂纹的车辆-双块式无砟轨道垂向耦合动力学模型,模型中通过设置奇异等参元来反映三维裂尖应力场、位移场的奇异性,由节点位移外推法得到在列车动荷载作用下道床裂尖的应力强度因子,最后探讨裂纹对道床振动特性的影响。结果表明:在列车动荷载作用下,裂尖附近的应力场强度主要由Ⅰ型应力强度因子控制,裂纹出现张开与闭合的交替状态,裂纹在一次列车动荷载作用下不会发生失稳扩展,但应注意其疲劳扩展导致道床的断裂破坏;裂纹对道床的振动位移和振动加速度影响较小,但对道床的动弯应力和道床下层钢筋的动应力影响明显,会加速道床的疲劳损伤。     

低温对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

为解决现行高铁车轴设计标准未考虑低温环境给高铁车轴的使用带来一定安全隐患的问题,运用旋转弯曲疲劳试验方法测试不同温度下试验钢疲劳性能,采用扫描电子显微镜观察疲劳断口,借助透射电子显微镜观察不同温度断口附近位错组态。结果表明:EA4T车轴材料应力敏感性与温度成反比,高于?80℃条件下EA4T车轴材料低温服役的疲劳性能优良,不会出现疲劳延—脆转变温度,安全可靠;随着温度的降低,自由位错数量减少,位错的产生与扩展被限制在体心立方(bcc)晶格密排位向内,位错开动所需驱动力阈值升高,疲劳裂纹在表面界面处萌生与扩展,扩展机制为滑移。     

机车抱轴箱随机应力谱下的疲劳寿命预估研究

针对机车铸钢抱轴箱在运行中产生疲劳裂纹的现象，笔者对机务段检修和返厂检修的抱轴箱进行了调研，认为裂纹长度服从正态分布。对抱轴箱及其改进结构进行了有限元分析，其应力最大部位与发生裂纹部位一致。通过动应力实测获取抱轴箱危险部位的应力谱，用局部应力一应变法结合断裂力学方法估算了抱轴箱的疲劳总寿命，并与名义应力法计算结果进行了比较。结果表明，2种方法所得的疲劳总寿命基本是一致的，用局部应力-应变法计算机车抱轴箱裂纹萌生寿命是一种合理的方法，而大的铸造缺陷是抱轴箱产生裂纹的最主要原因。最后采用统计方法得到了裂纹扩展破坏的累积失效概率函数。     

全长淬火钢轨踏面伤损及横向疲劳断裂分析

对实际伤损钢轨的宏微观形貌、金相、硬度以及探伤等检验分析,确定轨头踏面下4mm～6mm区域存在纵向水平疲劳裂纹是产生全长淬火钢轨伤损的原因。检验分析表明,在轮轨接触剪应力作用下,由于淬硬层区域存在金相组织、硬度过渡不均匀等淬火缺陷,导致轨头内部纵向水平疲劳裂纹萌生和扩展,引起钢轨伤损;在分析基础上,提出预防和改进措施。     

孔洞尺寸效应对岩石单轴压缩力学强度及破坏特征影响试验研究

为了研究孔洞尺寸效应对岩石力学强度的影响,利用岩石伺服压力机对含不同孔洞直径的岩石进行单轴压缩,并通过高速摄像机记录其破坏特征及裂纹扩展过程,从裂纹扩展角度阐述强度弱化机理。研究表明:(1)随着孔洞直径的增大,其抗压强度随之而减小,但降低速率逐渐减小;(2)起裂裂纹类型控制脱落面积,进而影响岩石宏观力学强度;(3)孔洞直径为6 mm、8 mm试样起裂裂纹为反向拉伸裂纹,反向拉伸裂纹扩展很短;孔洞直径为10 mm、12 mm试样起裂裂纹为正向拉伸裂纹,最终贯穿试验边界的均为正向拉伸裂纹。     

基于监督学习的轨道车辆车轴裂纹扩展预测方法研究

传统裂纹扩展分析需要精确的数学模型以及校准参数,但现实中的复杂形状裂纹扩展过程难以进行精准建模,而通过有限元软件对裂纹扩展过程进行分析需大量的运算时间。因此,文章提出了基于监督学习的轨道车辆车轴裂纹扩展方法,该方法无需进行数学建模,可通过结构健康监测数据以及初始裂纹数据直接预测裂纹的扩展趋势。经验证,该方法预测准确率较高,能够较好地拟合裂纹扩展趋势。