钢轨滚动疲劳裂纹与磨损耦合关系研究

随着高速、重载铁路的发展,轮轨滚动磨损与疲劳损伤严重影响列车的运行安全.本文在JD-1型轮轨模拟试验机上研究干态工况下2种钢轨材料在2种处理工艺下4种试样的滚动磨损及疲劳损伤性能,利用显微硬度计和扫描电子显微镜(SEM)对试样表面硬度变化、磨损量及疲劳裂纹形成情况等进行对比分析.结果表明,由于加工硬化作用试验后所有试样的硬度均有提高;热处理工艺对钢轨材料的磨损和疲劳性能具有明显影响;钢轨的抗磨损与抗疲劳性能是两种不同的材料特性,两者表现为相互竞争与制约的耦合关系,即磨损严重时疲劳损伤表现相对轻微;适当降低材料含碳量,增加钢轨的磨损率有利于延长钢轨的疲劳寿命.     

钢轨中超声次表面纵波传播特性的边界元分析及实验

由滚动接触疲劳引起的钢轨表面裂纹已成为目前铁路在役钢轨无损检测中的重要问题。在现有铁路钢轨超声检测设备的基础上,可采用超声次表面纵波对钢轨表面裂纹进行检测。本文应用边界元方法（BEM）对钢轨中的次表面纵波的传播特性进行分析并进行了实验测试。通过数值分析,清楚显示了次表面纵波在钢轨头中的传播过程,给出了钢轨头中次表面纵波的主声束指向特性,计算结果表明次表面纵波主声束能量在钢轨头中可波及15~18 mm深度范围,实验测试与数值分析结果基本吻合。本文的研究结果对开发钢轨表面裂纹的超声次表面纵波检测方法具有一定的指导意义。     

LZ50车轴钢的疲劳起裂阈值及强度

应用复型技术和逆序观测法对LZ50车轴钢光滑试样的早期疲劳短裂纹扩展行为进行试验研究.根据有效短裂纹理论,采用当量Ⅰ型主导有效短裂纹的概念描述材料群体疲劳短裂纹萌生、扩展的规律,利用最大微观结构障碍的概念推导该材料的疲劳起裂阈值及疲劳强度.研究结果如下:每个试样的有效短裂纹起源于试样表面的某些铁素体,这些裂纹萌生和扩展过程具有强烈的随机多裂纹特征;由于受最大微观组织障碍的约束,当量Ⅰ型主导有效短裂纹的扩展率具有初期下降和后期上升的特征;疲劳短裂纹的起裂阈值与最低扩展率和最大材料微观组织障碍相关,其值为1.973 76 MPa·m0.5;起裂阈值所对应的疲劳强度具有随表面缺陷当量尺寸的增加而下降的特点,当尺度大于50μm时,疲劳强度低于常规疲劳极限.     

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．     

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...     

35CrMo车轴疲劳裂纹超声波检测工艺方法

通过对SS8,SS9型机车用35CrMo车轴疲劳裂纹特点及小角度探头纵波探伤和斜探头横波探伤工艺方法的分析、试验,确定了35CrMo车轴中、大修时疲劳裂纹的超声波检测方法,保证机车轮对在不解体条件下,应力集中区疲劳裂纹能够完全检测出来,并能对裂纹深度范围做出初步判断。     

应用神经网络的疲劳裂纹演化规律的描述

疲劳裂纹数密度和裂纹扩展速率是描述材料疲劳损伤程度、预测材料疲劳寿命的两个重要参数。关于光滑试件表面疲劳裂纹数密度演化及疲劳裂纹扩展规律的定量化描述的研究，人们一直非常重视，业已提出了一些模型，但其适用范围均受到限制。因此，目前尚未有被广泛接受的裂纹演化定量模型。研究用ＢＰ神经网络描述疲劳裂纹数密度演化、裂纹扩展速率演化规律，结果表明：该方法合理可行，解决了传统描述方法确定长短裂纹分界点的困难，同     

轨道车辆抗侧滚扭杆轴表面裂纹研究

表面裂纹是影响轨道车辆抗侧滚扭杆轴疲劳性能的关键因素,研究发现扭杆轴表面裂纹的形式主要有横向裂纹和纵向裂纹2种,并采用化学成分分析、低倍组织检验、金相检验等方法对这2种表面裂纹进行了分析.结果表明,在原材料质量得到很好的控制的情况下,热处理工艺是导致扭杆轴表面裂纹产生的重要因素,并提出了预防和解决措施.     

铁路正交异性钢桥面板典型疲劳裂纹寿命估算

针对铁路正交异性钢桥面板中典型疲劳裂纹形式,建立计算模型。采用有限元数值方法模拟钢桥面板应力分布,确定各典型疲劳裂纹最不利位置;利用有限元子模型技术模拟各疲劳裂纹位置焊接细节,分析焊缝引起应力集中程度及对疲劳裂纹产生所造成影响;依据断裂力学揭示疲劳裂纹扩展速率与裂纹周围应力场关系,对几种典型疲劳裂纹进行疲劳寿命估算。结果表明:在桥面板与纵肋连接处,桥面板疲劳裂纹寿命较短,而纵肋疲劳裂纹寿命较长,这与国内外现场实测及试验结果相吻合;在横梁与纵肋连接处,其主应力较大且应力集中效应明显,极易产生疲劳裂纹。     

一种基于低周疲劳特性的含缺陷车轴剩余寿命预测模型

车轴几何约束和外部环境的特殊性,使得压装部、卸荷槽及过渡圆角易于形成缺陷或者微裂纹,该缺陷或微裂纹已成为高速列车运营的重大安全威胁。深入研究微裂纹的演变规律,准确预测含缺陷车轴的剩余强度和寿命,制定出合理、经济的无损检测周期,迫在眉睫。基于平面应力Ⅰ型裂纹尖端修正的RKE奇异场和循环塑性应变能准则,考虑应变硬化材料的小范围屈服行为,通过引入适用于正负应力比的裂纹闭合函数实现对裂纹闭合与近门槛区行为的模拟,提出一种基于材料低周疲劳特性的伤损车轴疲劳裂纹扩展寿命模型。结果表明,该模型的预测曲线与不同厚度标准试样得到的疲劳开裂数据吻合良好,可以用于承受典型旋转弯曲加载的铁路车轴的剩余寿命预测。     

轨钢在冲击载荷作用下表面裂纹的扩展行为

研究轨钢表面裂纹在正弦波和矩形波载荷交替作用下的扩展规律，结果表明轨钢在冲击载荷作用下，表面裂纹扩展速率比正弦波的扩展速率平均快5倍，极限时相差92倍。缺口应力场的数值分析和疲劳裂纹扩展实验均证实表面裂纹扩展速率可用帕里斯(Paris)公式描述．其估算的寿命值和实际值相吻合。     

铁路旧钢桥中疲劳裂纹扩展寿命的研究

本文应用疲劳断裂理论，通过对旧钢桥钢材性能和铆接中裂纹尖端应力强度因子的试验，研究了铁路旧铆接钢桥疲劳裂纹扩展寿命。由于旧铆接钢桥的使用应力水平较低，虽然材料的断裂韧性较差，但杆件中出现可见裂纹后，在其扩展至临界尺寸以前，杆件仍能承受相当多的荷载循环次数。这便说明旧铆接钢桥虽已使用了数十年以上，但仍有相当大的利用价值。     

超声波自动探伤机软件的一点改进

1　综述1.1　超声波探伤在我国工业领域早已广泛应用 ,当前我国铁路系统亦广泛应用超声波技术对车辆轮轴镶入部进行探伤检查 ,以发现其疲劳裂纹和内部缺陷。铁路系统应用最多的是ＬＷＣＺＴ型系列微机控制超声波自动探伤机 (以下简称“微控超探”) ,其中ＬＷＣＺＴ -Ｃ型用于探测货车滑动轴承和无轴箱滚动轴承不退轴箱外壳。1.2　超声波在材料或构件中传播时 ,携带有表征其性能和特点的信息 ,自动探伤就是通过微机控制 ,由系统提取这些信息来分析、处理和评价的全过程。当超声波探测到某个部位的不良信息 (如裂纹、材质不良、内部缺陷等 )时…     

U71Mn钢疲劳裂纹扩展速率da/dN的测定与分析

对铁路钢轨材料U71Mn钢的疲劳裂纹扩展速率da/dN进行了测定,并用AutoCAD较为精确地得到了a-N曲线的离散值,最后用回归分析法得到了该材料在稳定扩展状态下的裂纹扩展速率。试验数据的相关系数检验表明:本文所得到的结果比较理想,对评价其寿命有参考价值。     

铁路桥梁墩身表面裂纹整治及安全性分析

针对某铁路特大桥在施工过程中出现的部分墩身表面裂纹,分析裂纹发生原因,应用静、动力分析方法对桥墩结构进行安全性评估,得出墩身表面裂纹对墩身强度及刚度等设计控制因素影响较小、不影响桥墩正常使用的结论,提出结构加固整治措施并付诸实施。建成后进行的行车检测表明,桥梁结构安全,完全满足运营要求。     

机车车轴疲劳问题分析与对策

通过对机车车轴常见故障及车轴的疲劳问题进行探讨,对车轴的疲劳裂纹、疲劳强度进行分析,提出了在机车车轴设计,材料、工艺选择以及运用维护中应采取的对策。     

高速客车SiCp/A356铝基制动盘材料的热疲劳裂纹形成与扩展试验研究

在室温25℃~360℃自约束型热循环条件下,研究SiC增强颗粒体积分数为20%的铝基复合材料SiCp/A356的热疲劳裂纹形成与扩展特性,并且探讨了复合材料热疲劳裂纹的形成机制和扩展过程。研究结果显示,试样的切口尺寸对裂纹形成有很大的影响,而对裂纹扩展阶段的影响可以忽略,但试样厚度对裂纹的扩展有影响。通过非线性有限元顺序耦合法仿真计算了热疲劳裂纹尖端应力应变场,确定热疲劳裂纹扩展的驱动力为低温点的拉应力,因而认为,结合本次实验结果并通过断裂力学分析方法可以对颗粒增强金属基复合材料的热疲劳裂纹的扩展行为做进一步的研究。     

地铁车辆频繁启停工况加速钢轨滚动接触疲劳损伤行为

列车启停过程中轮轨接触应力复杂交变,近站点附近车辆频繁启停运行工况加速了钢轨滚动接触疲劳损伤。为深入了解地铁车辆频繁启停工况下的钢轨滚动接触疲劳损伤特性,利用轮轨滚动接触疲劳/磨损试验台(JD-DRCF/M)开展频繁启停工况下轮轨滚动接触疲劳试验。对比研究4种不同加/减速度工况下(0,400,800和1 200 r/min²)轮轨滚动接触界面黏着、钢轨磨耗和疲劳裂纹行为。研究结果表明：在干态环境中,加速工况显著降低了轮轨界面的黏着系数,其中：800 r/min²加速度下降幅最为明显;而进入水介质环境后,黏着系数出现瞬时极低值、加速度工况下的黏着系数降幅程度差异显著。加速度工况未引起钢轨的过高磨耗,但其对钢轨磨损形貌、表面粗糙度等的影响均较为显著,过高的加速度极易诱发钢轨以剥层机制失效并伴随表面粗糙度的大幅提升。钢轨磨耗与轮轨界面的剪切作用密切相关,加速度的存在往往不同程度地加剧了近表层钢轨材料的塑性变形和疲劳裂纹的萌生与扩展,使得裂纹扩展角、裂纹长度与数量均有不同程度地增加。因此,有必要开展实验条件下钢轨试样滚动接触损伤与实际现场钢轨损伤间的...     

提高铁路车轴疲劳性能的表面强化处理技术

文章介绍曰前国内外多种提高铁路车轴疲劳性能表面强化处理方法的特点及应用情况,并将近几年来发展迅速、并具有很大推广价值的超声冲击强化处理方法应用到铁路车轴的表面强化处理上,以期提高车轴使用寿命。通过对LZ50车轴钢进行超声冲击强化处理,在LZ50车轴钢表面上获得一层塑形变形层,在表面硬度提高的同时,表面粗糙度值降低,且存在有较高的残余压应力。而这些特性均将有利于提高车轴的疲劳性能。     

大秦线运煤敞车车体情况调查及分析

针对我国铁路运煤敞车现状,以大秦线在用各种类型运煤敞车为试点,开展运煤敞车车体情况调查及分析,重点调查分析了铝合金、耐候钢和铁素体不锈钢材料车体的腐蚀、磨损情况,保护涂料现状,异种材料焊接部位的裂纹、腐蚀情况,材料的疲劳寿命和表面涂装问题,得出分析结论:目前使用的耐候钢材料其耐腐蚀性能不能满足车辆设计寿命的要求,铁素体不锈钢在耐腐蚀性能上明显优于耐候钢。建议对TCS不锈钢材料进行运用条件下的大气暴晒试验,C70B车体外表面油漆使用新的长效防护涂装体系,对有裂纹的车辆进行解剖、研究,以确定裂纹产生的原因、扩展方式和速度。