地铁扣件e型弹条受载特征分析

为了科学探究地铁扣件e型弹条真实受载情况下的受载特征,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型,结合金属材料塑性变形和断裂机理研究中的应力状态参数概念,计算分析正常安装状态与共振状态下弹条的断裂危险位置和断裂类型。研究结果表明：弹条现场断裂位置普遍出现在小圆弧与中肢连接处,弹条在正常安装状态下其等效应力最大值出现在小圆弧与跟段连接处,与弹条现场断裂位置不一致,而最大应力三轴度以及最小应力软性系数与现场断裂位置高度吻合,表明应力状态参数可以更好地描述弹条的断裂危险点。在钢轨波磨引发的共振条件下,弹条最大应力三轴度以及最小应力软性系数同样出现在小圆弧与中肢连接处,并且弹条最大应力三轴度增大60.3%,最小应力软性系数减少5.4%,弹条更易于发生脆性断裂。弹条小圆弧与中肢连接处横断面的罗德系数显示,小圆弧内侧约等于1,外侧约等于-1,这表明此处横断面受弯曲应力作用。e型弹条在钢轨波磨引起的共振条件下,弹条小圆弧与中肢连接处易于产生微裂纹,同时小圆弧内侧拉应力场会加速裂纹扩展,从而导致弹条瞬间脆断。     

120km/h地铁快线“e”型弹条断裂原因分析

为分析"e"型弹条的断裂规律、断裂主要原因、断裂位置,为今后"e"型弹条的养护及维修提供指导。以A型车120 km/h快速线路为对象,通过现场实测的方法,对测得的数据进行分类统计,对比分析弹条安装状态、固有特性与动力响应,得到弹条断裂规律与原因:(1)弹条断裂位置集中在后拱小圆弧及前拱大圆弧两处,弹条断裂多发生于速度80 km/h以上曲线地段,且多位于曲线下股;(2)过安装是引起弹条断裂的原因之一;(3)引起弹条断裂的主要原因为短波波磨,短波波磨激发高幅值高频激振力,进而诱发弹条共振,降低弹条疲劳寿命,最终导致弹条发生疲劳或脆性破坏。     

地铁曲线波磨段e型弹条大圆弧共振断裂因素研究

为了科学探究e型弹条大圆弧共振断裂的影响因素,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型。应用非线性有限单元法和模态分析方法并结合运营现场波磨测试结果,计算分析地铁小半径曲线波磨段列车荷载作用下扣件弹条的固有振动特性。研究结果表明：e型弹条在钢轨波磨引起的高频激励条件下发生共振时,弹条等效应力最大值和剪应力最大值位置与现场弹条断裂位置高度吻合。列车过曲线段时,由于DTⅢ型扣件系统铁垫板上部结构的装配误差问题,扣件系统各部件之间存在接触缝隙。轨距挡块在列车横向作用力下会产生横向微动,从而影响弹条趾端边界条件,导致弹条第2阶固有频率大幅降低。在某湿热多雨的沿海地区,地铁线路运营环境较为潮湿,长期的潮湿环境将会减小弹条趾端与轨距挡块接触面之间的摩阻力,随着弹条趾端摩擦约束作用的减弱,e型弹条在安装状态下第2阶固有频率显著降低,并且在轨距挡块出现横向微动的情况下,弹条第2阶固有频率降低幅度增大,甚至接近现场波磨通过频率,导致弹条在第2阶固有频率发生共振。扣件系统装配误差与潮湿的线路运营环境可能会造成弹条大圆弧共振断裂问题。     

高速铁路用38Si7弹条疲劳失效原因分析

针对38Si7弹条疲劳断裂失效的问题，通过显微组织及断口分析、硬度测试、脱碳层测定等分析其断裂原因。结果表明：弹条的微观组织为回火屈氏体，残余铁素体不大于2级，组织无异常问题；通过优化轧制过程工艺参数将轧材表面完全脱碳层深度降低69%，未能有效提高成品弹条疲劳寿命；裂纹源来自表面压痕，开裂位置为弹条尾部支点，压痕缺陷是导致弹条断裂的最主要原因。经过优化成型模具，消除了弹条表面压痕，提高了成品弹条的疲劳寿命。     

地铁扣件弹条失效分析及结构阻尼优化

为研究弹条断裂失效原因,以地铁常见DI弹条为研究对象,分析和总结断裂DI弹条材料宏观及微观特征,初步发现伤损弹条裂纹源区凹凸不平,存在表面缺陷。建立扣件弹条及铁垫板有限元简化模型,分析弹条中肢与扣件铁垫板不同安装深度对弹条强度的影响,发现非正常安装2 mm以上弹条中趾接触位置出现接触应力集中斑,且超过正常安装深度4 mm时应力急剧增大。通过对DI弹条自由、安装下试验模态参数识别,首次得到弹条中肢相对于扣件铁垫板不同安装深度下模态参数特征,弹条模态仿真结果与试验结果对比误差在3%以内。借助行车条件下弹条模态特征及钢轨波磨测试分析结果,揭示DI弹条中肢在超过正常安装深度2 mm以上其安装模态频率与钢轨磨耗激励频率范围(462～668 Hz)基本吻合,导致在周期性强迫振动激励作用下发生共振失效的机理。基于DI弹条断裂失效机理,以“远离激励频带、减小振动幅值及保证互换安装”为改进目标,对弹条进行结构阻尼优化。相对原DI弹条参数特征,优化结果显示,阻尼弹条强度满足材料要求,且疲劳寿命提高4.86倍;阻尼弹条安装模态频率先减小后增大,成功避开钢轨波磨激励频率范围;阻尼弹条主峰值频率幅值下降8.4%...     

高速铁路弹条疲劳对其扣压力的影响

高速铁路弹条长期在循环荷载作用下工作,不可避免地出现疲劳,弹条的疲劳将对其扣压力产生影响。本文以WJ-7型扣件弹条为例,首先对弹条进行静力试验分析,运用应变电测法测量出弹条在不同的安装预紧力作用下其危险部位的等效应力大小,得出弹条较为合理的安装预紧力为25 kN;然后使用疲劳试验机对弹条施加3种循环荷载分析其扣压力的损失,并根据疲劳试验结果给出了不同循环荷载作用下弹条扣压力与弹条中圈位移间的关系式。     

60Si2Mn材质弹条疲劳断裂原因分析

通过对城市轨道交通钢轨扣件中60Si2Mn弹条在现场实际使用过程中发生断裂现象的理论定性和有限元定量分析研究,确定了影响弹条断裂的原因。通过研究60Si2Mn弹条在钢轨扣件中的受力情况可知,其最大等效应力集中点与弹条现场使用实际破坏点相吻合,这是弹条断裂的主要原因之一,而弹条长期处于强度极限条件下工作,最终发生疲劳破坏,为弹条断裂的根本原因。经过现场对比试验,提出了相应的优化措施和60Si2Mn弹条在设计和维修养护过程中应把控的关键点。     

论在交变载荷作用下车轴疲劳断裂（冷切）的原因及预防

车轴疲劳断裂是行车重大事故之一。疲劳断裂主要是由于交变载荷作用而导致内应力积聚和应力腐蚀共同作用的结果。从裂纹发生到断裂要经过很长时间,因此,在加工组装时改进工艺,在运用过程中加强监测,事故完全可以避免。     

弹条折痕对DI弹条大圆弧断裂的影响北大核心

为研究地铁DTⅥ2型扣件DI弹条大圆弧存在折痕后弹条大圆弧发生异常断裂的影响因素,分别建立大圆弧无折痕、有折痕两种DI弹条模型,代入精细化扣件系统有限元模型,考虑不同线路形式、车速组合设置12种工况进行动力学仿真计算,对比分析折痕对DI弹条应力分布的影响,并按照第四强度理论分析弹条的安全性。结果表明:各工况下,弹条无折痕时,最大Mises应力均出现在前拱小圆弧内侧,未达到弹条材料的屈服强度,弹条没有发生断裂的风险;弹条有折痕时,最大Mises应力均出现在弹条折痕位置,产生应力集中;弹条铺设在小半径曲线区段或列车运行速度大于等于120 km/h时,在列车周期性冲击荷载作用下,弹条在折痕处有异常断裂风险。弹条生产厂家应调整生产工艺,消除弹条出厂初始缺陷,确保弹条平滑。     

地下线及高架线通用无螺栓e型弹条的研制

根据地铁扣件弹条的技术应用及发展趋势,以国内应用成熟的两种无螺栓e型弹条为基础,采用有限元分析方法,设计一种可同时用于地铁工程地下线及高架线的16无螺栓e型小阻力弹条。结果表明,不仅可减少地铁工程的扣件设备类型,而且弹条的材料用量及最大应力水平比现有产品均有所降低。目前该弹条已进行试制,并通过500万次疲劳试验的检验。     

地铁扣件DI弹条安装受力分析及工艺优化改进研究

为了整治地铁扣件DI弹条扣压力不足、疲劳断裂、锈蚀等病害,通过建立DI弹条扣件系统有限元模型进行安装状态受力特性分析,同时对弹条生产的原材料、工艺参数、表面处理方式等进行优化改进,最后对采用新工艺生产的DI弹条进行扣压力、疲劳试验和盐雾试验,验证了优化措施的有效性。研究结果表明:弹程为10. 5 mm时,弹条最大等效应力值为1 400 MPa,发生在弹条后拱小圆弧内侧,此区域为弹条关键受力区;相比60Si2Mn,采用60Si2MnA弹簧钢为原材料的弹条扣压力从8. 17 k N提高至8. 79 k N,疲劳次数从503万次提高至541万次。最优的弹条生产工艺参数为:加热温度应为930～1 020℃,淬火温度应≥830℃,淬火介质应为32号机油,淬火介质温度应为60℃±20℃,回火设备应为网带式连续回火炉,回火温度为500～550℃。弹条表面经多元合金共渗处理后的综合性能最好。     

转K6型转向架外圆弹簧疲劳失效分析

对转K6型转向架外圆弹簧在疲劳试验时发生断裂的原因进行了分析,结果表明,弹簧簧圈外表面存在一个深度0.116mm、短轴长0.25mm的椭球形气孔,弹簧在交变应力的作用下,气孔处产生应力集中,最终导致弹簧早期疲劳失效。     

地铁钢轨波磨引起的扣件病害分析与治理

地铁钢轨波磨引起轮轨关系恶化,导致扣件系统损伤,缩短车辆构架和钢轨使用寿命,危及运营安全。针对钢轨波磨引发的扣件弹条断裂问题,选取半径650 m曲线段进行测试。结果表明:该曲线段钢轨存在63 mm典型波长波磨,导致外部能量输入增大,弹条的振动能量及振动幅值过大;弹条与铁垫板在外部激励下接触挤压,长期高能量振动导致弹条损伤并滋生疲劳裂纹,最终导致弹条与铁垫板接触点应力集中以致脆性断裂。根据弹条断裂原因制定了合理的整治措施,并给出了钢轨波磨治理建议。     

840D车轮辐板孔边裂纹扩展机理分析

利用有限元法对840D货车车轮在长坡道制动工况下产生的温度场、热应力场进行分析,进而得到裂纹在扩展过程中应力强度因子的变化规律。分析表明:裂纹在穿透辐板厚度之前,裂纹的扩展以内侧周向扩展为主,并且稳定扩展;裂纹在穿透辐板厚度时,由于沿辐板厚度方向的裂纹尖端Ⅱ型应力强度因子存在突变,可能导致裂纹产生不稳定扩展突变;裂纹在穿透辐板厚度之后,由于内侧裂纹的Ⅱ型裂纹应力强度因子持续增加,外侧裂纹的Ⅱ型裂纹应力强度因子大于Ⅰ型裂纹应力强度因子,但都小于内侧裂纹的Ⅰ型裂纹应力强度因子,因而裂纹仍以辐板周向扩展为主,但裂纹扩展的方向稳定性变差,裂纹可能向轮辋扩展。     

扣件DI弹条非正常部位断裂原因分析及结构优化

通过对DI弹条非正常部位断裂的研究,发现扣件安装时弹条与铁垫板安装孔发生接触,致使弹条在中肢与尾部圆弧过渡区域产生应力集中,发生早期疲劳断裂。本文在研究弹条结构及安装方式的基础上,在弹条的中肢与尾部圆弧过渡区域引入"凹面"结构,对弹条进行结构优化,并通过扣压力和疲劳性能检测、实验室疲劳断裂检验、现场试铺检验等对带有优化"凹面"结构的DI弹条性能进行检测。结果表明:优化后的弹条扣压力和疲劳性能均合格,且能有效抑制因接触产生的非正常部位断裂,提高弹条性能。     

20CrMnMo吊杆螺栓断裂失效分析

20CrMnMo吊杆螺栓在安装过程中发生断裂,采用宏观分析、化学成分分析、扫描电镜断口分析、金相检验及表面硬度检验等方法对螺栓的断裂原因进行分析。结果表明,吊杆螺栓在渗碳淬火时,在圆弧过渡处形成约0.8mm深度的硬化层,导致该处强度较高,存在高的氢脆敏感性;之后的磷化处理中由于酸洗后脱氢不充分,导致圆弧过渡的应力集中处表面发生氢聚集,最终在安装应力作用下形成氢致裂纹,发生横向脆性断裂。     

高速铁路扣件弹条断裂失效原因分析

对相同批次的3件不同编号的W1型弹条,通过检测硬度、观察断口形貌和SEM分析、金相组织分析及脱碳层检验等方法,对其断裂失效原因进行分析。结果表明,W1型弹条断裂失效的主要原因是由于服役环境中含有腐蚀性Cl和S元素,同时原材料内部存在较大尺寸的非金属夹杂物,使其表面的锈蚀坑成为应力集中点,引起疲劳断裂,致使弹条过早失效。     

WJ-7型无砟轨道扣件弹条强度分析

为了分析WJ-7型扣件弹条成型后的强度和工作时的受力状态,首先通过拉伸试验得到成型后弹条材料的抗拉强度;然后采用MIDAS有限元软件进行数值模拟,得到弹条在不同扣压力下的等效应力分布规律;最后通过应变电测方法,得到弹条在不同扣压力下各测点的等效应力。结果表明:不同扣压力作用下弹条最大等效应力均在弹条跟端位置,且在扣压力为12 k N时弹条跟端等效应力超过弹条的抗拉强度,但由于预压和抛丸工艺对弹条表面的强化作用,不会导致弹条失效。     

大秦铁路重车线U78CrV钢轨锈蚀断裂原因分析

针对大秦铁路重车线U78CrV钢轨锈蚀断裂的问题,分析了钢轨锈蚀的原因,然后对不同材质钢轨的耐蚀及抗断裂性能进行试验研究,对钢轨断裂原因进行了探讨。试验结果表明:隧道漏水会导致局部钢轨轨底锈蚀;冬季使用含有Cl-的防冻液则会加剧钢轨的锈蚀;曾出现过断轨的U78CrV钢轨和其他材质钢轨相比有着相对较差的耐应力腐蚀性能及抗断裂性能;钢轨轨底在环境因素的影响下发生锈蚀并形成锈蚀坑,在钢轨内部拉应力(温度应力及残余应力)以及大轴重列车通过钢轨时产生的动弯曲应力的作用下,轨底锈蚀坑会成为应力集中点而形成裂纹源,当钢轨材质抗断裂性能不足时裂纹扩展较快,最终导致断裂。     

Ⅲ型弹条断裂原因分析

针对一地铁线DT-Ⅲ型扣件弹条断裂情况进行统计和分析,发现弹条断裂主要集中在曲线地段钢轨波磨处。利用有限元方法建立数值模型,分析了弹条安装状态下的模态特征,对弹条在实际工作状态下的振动特性进行了测试分析,并与现场动力学试验结果进行了对比。研究结果表明,当轮轨力激励频率与弹条固有频率接近或一致时,将会引起弹条的共振效应,从而导致弹条断裂。