用相关逻辑判伤技术检测钢轨一孔上斜裂纹

用常规方法检测钢轨－孔上斜裂纹时，容易发生漏检，文章提出一种采用０°＋３７°组合探头的相关逻辑判伤技术，以弥补这一缺陷。     

关于钢轨探伤70°探头超声场的探讨

通过对７０°探头的测量分析，利用“假想声源”原理建立声场模型，计算出钢轨７０°探头几何超声场分布情况，并对相关的钢轨超声检测问题进行探讨。     

超声波钢轨探伤车B显数据伤损模式分类技术研究

既有钢轨探伤车超声检测系统均为国外引进。中国铁道科学研究院自主化钢轨探伤系统目前已经通过试验验证,所采用的伤损模式分类技术是其中的一项关键技术。根据自主化钢轨探伤系统的探轮设置,规定伤损的类别设置,并将伤损类别划分为四大类:核伤类、螺孔裂纹类、轨底裂纹类、水平裂纹类。归属于不同大类的伤损采用不同神经网络进行识别。以螺孔裂纹类为例进行说明,采用标定线数据进行测试,验证算法的有效性。     

钢轨螺孔受力分析及孔裂防治措施

在分析钢轨螺孔周边应力的基础上，采用螺孔周边棱角凹弧型冷扩冲击技术，使孔边棱角处产生不可完全回复的塑性变形，并在一定范围内产生残余压应力，在与工作拉应力相叠加后，可使工作应力降低，从而减少或消灭螺孔裂纹。     

钢轨探伤漏检螺孔裂纹的原因分析和应对措施

在日常的钢轨探伤作业中螺孔裂纹易被发现,,按规定螺孔裂纹为重伤必须进行更换.但在实际养护维修中,由于受维修天窗时间和周转钢轨等条件的限制,存在无法及时更换的情况,尤其个别胶结接头由于探伤工无法抽取伤损螺栓进行验证,胶结接头较易形成安全隐患.结合现场探伤实际情况,针对裂纹取向不佳时,探伤检测困难,提出针对性措施.     

引入探头位移量采样提高钢轨探伤精度

现有超声波钢轨探伤仪对螺孔向上斜裂纹易产生漏检，而对导线孔易产生误报警，文章提出对探头位移量进行采样分析，实现智能化判伤，提高探伤精度。     

弯矩作用下钢轨疲劳裂纹扩展行为研究

研究目的：车辆在运行过程中受到多种载荷的相互作用。在多种因素作用下，如车轮本身有不圆度；车辆在通过曲线段、轨缝、岔道时对钢轨产生冲击，不可避免车轮会对钢轨产生法向载荷，从而使得弯矩对疲劳裂纹的萌生和扩展产生影响。为研究弯矩对不同材料钢轨疲劳性能的影响，本文在NENE-2型微动实验机上，对U71Mn、PD32种材料钢轨在弯矩作用下的疲劳裂纹扩展性能进行试验研究，据此提出减缓钢轨疲劳损伤的措施。研究结果：分析研究和试验表明，疲劳裂纹从应力集中点首先开始萌生，其中主剪切应力占有重要影响；静载作用时裂纹扩展方向会发生大角度改向，而动态加载过程中疲劳裂纹扩展方向稳定；相同加载速率条件下，PD3钢轨疲劳裂纹较U71Mn钢轨更易萌生与扩展。为了防止和减缓钢轨的疲劳损伤，应根据线路的类型和钢轨的实际工作环境选择适合材料的钢轨，货运重载线路，选择较高机械强度的PD3钢轨；高速线路，选择U71Mn钢轨．     

在役钢轨发生伤损的规律及减少伤损的对策

在钢轨伤损广泛调查和统计的基础上,阐述和分析我国铁路发生的钢轨伤损的区域,沿钢轨纵向和横向发生伤损的位置及其所占的百分比,线路上发生的主要伤损类型及其所占的百分比,螺孔裂纹发生位置和开裂方向及其产生原因和控制措施.     

70°探头声场在轨头中的分布

从理论上计算核伤探测时70°探头的-6dB声扬在钢轨轨头中的分布情况,据此阐明探头偏斜角与声场分布的关系,求得核伤探测时需要的70°探头数量.     

地铁线路钢轨表面横向裂纹及掉块伤损原因分析

地铁线路钢轨使用1.5～2.5年后在表面产生横向裂纹及剥离掉块伤损。对地铁线路钢轨性能以及伤损的特征分析表明,该伤损是一种滚动接触疲劳伤损,主要原因是钢轨表面长期处于潮湿状态,轮轨之间的摩擦系数变小,造成钢轨表面塑性变形层内微裂纹萌生后的发展速度大于钢轨磨耗速度,裂纹向钢轨内部扩展;液体侵入裂纹内形成挤压效应,加速裂纹的发展,从而在钢轨表面产生横向裂纹并快速发展成掉块伤损。在裂纹发展初期对钢轨进行预防性打磨,并保持地铁环境的干燥,可有效预防和减轻钢轨表面横向裂纹及掉块伤损的产生和发展。     

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...     

轮轨接触位置对钢轨斜裂纹扩展行为影响的仿真

采用ANSYS软件，仿真研究不同线路条件下轮轨接触位置变化对钢轨踏面斜裂纹扩展行为的影响。分析表明：轮轨接触位置沿纵向仅在距离钢轨踏面斜裂纹左右各1／4跨距范围内对斜裂纹扩展有突出影响，其余位置影响很小，可以忽略。在直线线路，当轮轨接触位置位于轨顶面中央时，钢轨踏面斜裂纹以Ⅰ-Ⅲ型的复合型方式扩展为主，扩展缓慢；偏离轨顶面中央5mm，钢轨踏面斜裂纹则以Ⅰ-Ⅱ型的复合型方式扩展为主，在踏面以下4mm内可能发生水平转向，5．8～12mm内容易发生横向转向。在800m曲线线路外股，当轮轨接触位置偏离轨顶面中央16．5mm时，钢轨踏面斜裂纹以Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型的复合型方式扩展为主，而且比直线线路扩展迅速；在踏面以下2．1～4．8mm内，斜裂纹可能发生水平转向，而一旦扩展至更深位置时很可能会保持初始角度扩展下去。     

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。     

朔黄铁路神池南站钢轨剥落掉块原因的数值分析

采用有限元分析软件ANSYS,结合疲劳与磨耗耦合模型,分析朔黄铁路神池南站钢轨裂纹疲劳与磨损的行为机制。结果表明:裂纹扩展速率明显大于钢轨表面的磨耗速率,钢轨破坏形式以疲劳破坏为主;随着裂纹的不断扩展,其扩展速率由快变慢,当裂纹扩展到600μm时,其扩展速率达到最大;在裂纹初始扩展阶段,裂纹扩展方向基本与行车方向一致;当裂纹长度大于600μm后,裂纹扩展方向发生了改变(沿着与起始阶段相反的方向扩展),形成鱼钩形裂纹,导致钢轨表面出现剥离掉块。     

瑞典研制可更换磨损表面的新型钢轨

如果维修时可以对钢轨的磨损部位进行更换，就可延长整个钢轨的使用寿命。根据这一理念生产的新型钢轨ReRail由两部分组成，即在钢轨主体的顶端安装了一种材质坚硬的轨帽，由于这种轨帽的碳含量很低，可以很好地杜绝低温时出现裂纹。维修时只需要更换钢轨顶端15％的部分。与一般钢轨的材料相比，这种材料的耐磨性可以明显延长打磨等维护工作的作业周期，同时也具有一定的摩擦力。钢轨的损坏多由表面裂纹扩散而造成，但这种新型钢轨由于接触层的阻隔，可以完全避免这一情况的发生。     

钢轨非对称打磨对车辆运行性能影响

针对钢轨斜裂纹特点提出钢轨非对称打磨技术以减轻和控制斜裂纹的形成与发展速率。利用SIMPACK动力学软件建立"蓝箭"号动车动力学分析模型,研究钢轨非对称打磨对列车运行性能的影响。研究结果表明:钢轨非对称打磨基本不影响车辆动力学性能和蠕滑行为;钢轨非对称打磨改变了轮轨接触几何参数,使轮轨接触点远离原内侧轨肩位置;钢轨非对称打磨通过改变钢轨廓形导致接触斑面积增大,明显降低轮轨最大接触应力;钢轨非对称打磨通过改变轮轨接触点分布和降低接触应力可减缓钢轨斜裂纹的萌生与扩展。     

德国试用高速轨道打磨车

随着现代新钢种的采用，钢轨磨耗显著减少，但滚动疲劳引起的裂纹发展很快，最终还会导致钢轨的损坏。试验表明，钢轨滚动疲劳发展随载荷成指数的增长。在裂纹发展到一定程度前，应当采用微量打磨的方法除去材料疲劳层，重新形成轨头的断面。如果定期采用预防性打磨，及时消除损害和疲劳的表层，可抑制裂纹增长，减少维修，延长钢轨的寿命。德国Stahlberg Roensch公司于2002年开发出一种新型打磨技术，打磨石不需要电机驱动。     

朔黄铁路曲线下股热处理钢轨剥离伤损成因分析

对朔黄铁路的5段75 kg·m^-1的U75V钢轨性能进行检验,分析伤损钢轨裂纹附近的性能。分析表明：U75V热轧钢轨母材的组织和硬度均合格,但U75V热处理钢轨的淬火层深度及横断面硬度均未满足TB/T 2635—2004的要求;显微硬度数据显示,在钢轨横断面存在较薄的硬化层;曲线下股钢轨踏面中心裂纹的深度在1.3 mm左右,并呈现不同程度的剥离掉块,与钢轨硬度分布特征有关;裂纹萌生于钢轨轨头表面塑性流变层内,裂纹起始的发展与列车运行方向成一定的锐角,出流变层后基本以垂直方向朝轨头内部扩展,到一定程度后,裂纹呈鱼钩状,以大致与列车运行的相反方向朝轨顶面扩展,最终导致剥离掉块。建议使用符合标准的热处理钢轨;对曲线钢轨及时进行大机打磨;采取措施,降低纵横向蠕滑力。     

重载铁路钢轨疲劳裂纹萌生影响因素

基于临界平面理论的钢轨疲劳裂纹萌生预测模型,建立轮轨三维瞬态滚动接触有限元模型;模拟重载铁路的轮轨接触状态;分析不同轨底坡(分别为1∶40,1∶30,1∶20,1∶10)和不同摩擦系数(分别为0.25,0.30,0.35,0.40,0.50)对轮轨接触状态和钢轨疲劳裂纹萌生的影响。结果表明:轨底坡为1∶40时,采用以上钢轨预测模型得到的钢轨疲劳裂纹萌生位置与现场观测结果基本吻合;轨底坡对轮轨接触斑的位置及应力状态影响较大,LM型踏面车轮与75 kg·m-1钢轨在轨底坡为1∶20时更为匹配;随着轨底坡增大,钢轨疲劳裂纹萌生时的通过总重先增大后减小,轨底坡为1∶20时达到最大;随着摩擦系数增大,钢轨疲劳裂纹越容易萌生。     

轴重等工况对轮轨接触疲劳的影响

采用有限元分析软件对钢轨表面存在微裂纹的轮轨接触问题进行研究,依次考虑轴重、裂纹长度和车轮踏面形状对轮轨接触的影响,得到不同裂纹位置的应力强度因子。结果表明,磨耗型车轮踏面的应力强度因子比锥形车轮踏面小得多;轴重或裂纹长度的改变对钢轨的应力强度因子和微裂纹的扩展也有着显著影响;且在同一类型载荷作用下,随着轴重的增加,钢轨的疲劳寿命大幅下降。