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。     

铁路用Ⅱ型弹条断裂的原因及改进措施

针对铁路用Ⅱ型弹条断裂的问题，通过广泛取样，进行断裂原因分析，揭示产生断裂的主要原因，采取消除成型中应力集中、规范管理工作、保证回火温度均匀、优选弹条材料等改进措施，提高了产品质量，保障了钢轨和轨枕的稳固连接。     

地铁用e型弹条异常断裂原因分析

材质为60Si2Mn的某e型弹条进行疲劳试验时,当循环次数仅为60万次时发生断裂。为查找断裂原因,对e型弹条断裂处的形貌、能谱、金相组织、硬度和化学成分等进行分析。分析结果表明：由于弹条原材料表面存在拉伤沟和夹杂物,在疲劳试验过程中受高应力交变载荷的作用,在弹条拉伤沟处产生应力集中,并逐渐形成微裂纹。同时,由于回火马氏体的存在,导致形变过程中产生位错塞积,形成高应力区,加快裂纹扩展,最终导致弹条在较短时间内断裂。     

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。     

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。     

轨道弹条高频疲劳断裂机理研究及优化

在高铁和地铁线路上最常见的轨道扣件是所谓的"蝶形"弹条,这种弹条在使用过程中由于钢轨波浪或车轮多边形磨耗引起的高频激励而经常出现弹条断裂的情况,弹条断裂的主要原因之一是弹跟内弧面的应力集中.对弹条断裂现场的调查发现钢轨表面有明显的周期性波浪磨耗或运营车辆车轮存在周期性车轮多边形,表明导致弹条断裂的激励力和钢轨波浪磨耗或...     

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%...     

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。     

弹条偏转和扣件松动对弹条扣压力的影响

为了研究螺栓松动、弹条偏转对弹条扣压力的影响,以应用于高速铁路的Vossloh300-1型扣件系统为研究对象,建立扣件系统完整有限元模型,通过扣压力与弹条弹程曲线的实验值和仿真值,验证扣件系统有限元模型的有效性;在此基础上建立不同损伤工况的螺栓松动、弹条偏转的模型,重点研究弹条安装过程中螺栓松动、弹条偏转两种工况对弹条扣压力的影响。结果表明:螺栓松动、弹条偏转会造成弹条扣压力不足,同时加剧螺栓应力波动。安装过程中若出现这些失效工况,将严重影响扣件系统正常工作,研究结果为300-1型扣件系统弹条安装及后续研究提供思路和参考。     

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。     

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。     

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。     

W型弹条参数化建模方法及应用

针对几何形状复杂的W型弹条提出了一种参数化建模方法.根据弹条的正视图与展开图中的几何参数推导出右肢轴线及中肢轴线方程,利用对称性可得到整个弹条的空间三维轴线方程,并确定方程中的10个弹条基本参数.为了简化弹条建模过程,利用MATLAB软件编制弹条空间轴线参数化建模程序TTCSH.通过将TTCSH程序计算的弹条轴线俯视图...     

高速铁路钢轨波磨对弹条疲劳寿命的影响

为研究高速铁路钢轨波磨对扣件弹条寿命的影响,建立了车辆-轨道耦合动力学模型、扣件弹条瞬态有限元模型、扣件弹条疲劳寿命预测模型,仿真计算了列车高速通过波磨波长60～160 mm、波深20～160μm的钢轨波磨区段时扣件弹条的动态响应及疲劳寿命。结果表明：列车通过波磨钢轨时,钢轨对扣件的作用力及钢轨垂向位移变化曲线均发生明显的高频波动,其波动频率与钢轨波磨引起的激励频率一致,导致弹条动应力大幅增加;当波磨波深相同、波长在80 mm和130 mm时,波磨通过频率与扣件弹条固有频率接近,从而产生共振,导致扣件弹条动应力明显增大而疲劳寿命明显降低;同一波长下,随着波磨波深增加,扣件弹条动态响应加剧,疲劳寿命大幅降低。     

基于边界约束刚度参数优化的轨道扣件弹条防断裂设计方法

为了研究弹条服役状态下模态频率与波磨激励频率一致引发的共振断裂问题,建立潘得路FC快速弹条有限元简化模型,通过以弹簧为边界条件模拟弹条不同部位的约束,分析其模态频率随约束刚度的变化规律,提出基于弹条约束刚度参数优化的防断裂设计方法。结果表明:弹条扣压端垂向约束刚度(150～450 N/mm)对弹条第一、三阶模态频率(400、900 Hz)有显著的正相关作用,并对第三阶共振峰幅值有明显影响;弹条后跟下部径向约束刚度(400～1 600 N/mm)的变化,引起弹条第二阶模态频率(660 Hz)的变化,两者呈现正相关关系,同时对弹条第二阶共振峰幅值也有显著影响。弹条第二、第三阶模态频率为危险频率,防断裂设计时应重点考虑。     

盾构隧道同步注浆对管片上浮的影响分析北大核心

为分析广州地铁18号线沙西站—石榴岗站区间隧道同步注浆对盾尾管片上浮与受力的影响,建立考虑围岩随机裂隙分布的流固耦合数值模型。基于牛顿流体与宾厄姆流体推导管片壁后注浆压力分布解析解,通过将数值模拟获得的注浆压力与解析解对比,验证数值模型的适用性,并分析同步注浆作用下围岩和隧道结构的变形及应力特征。结果表明:所建的数值模型能较好地模拟同步注浆压力的分布;注浆对地层的初始位移场影响较大,导致整个隧道周围地层均表现为隆起;管片内外轮廓线的Mises应力与压应力差异较大,且分布形式正好相反。     

竖向荷载和弹条扣压力对WJ-8扣件纵向阻力影响试验研究

扣件阻力是无缝线路的关键参数。为研究竖向荷载和弹条扣压力(扭矩)对扣件纵向阻力的影响,以WJ-8型扣件为研究对象,开展不同竖向荷载和扭矩下扣件纵向阻力-位移试验,得到不同工况下扣件纵向阻力-位移变化特征。试验结果表明:(1)扣件滑移之前,扣件纵向阻力-位移关系受竖向荷载的影响不显著;(2)不同竖向荷载和扭矩下扣件纵向阻力-位移关系可用幂指函数进行拟合;(3)扣件滑移阻力随竖向荷载的增加而线性递增,且竖向荷载越大,扣件滑移阻力随扭矩的增加而增加的幅度减小;(4)不同工况下扣件纵向阻力-位移曲线存在滞回效应特性,滞回曲线可采用幂指数型函数拟合得到。     

大断面隧道小净距上跨既有隧道施工方案优化北大核心

成都市轨道交通17号线二期工程阳公桥站—龙爪堰站区间隧道上跨既有7号线盾构隧道采用交叉中隔壁法施工。通过数值仿真结合现场监测,分析大断面隧道以小净距上跨施工时既有隧道拱顶隆起与地表沉降的变化规律,并通过分析新建隧道初期支护厚度、钢拱架间距、单次拆撑长度对既有隧道拱顶隆起和地表沉降的影响,对原施工方案进行了优化。结果表明:先行开挖的两个导洞施工对既有隧道拱顶隆起与地表沉降影响明显;既有隧道拱顶隆起与地表沉降随钢拱架间距和单次拆撑长度增大而增大,随初期支护厚度增加而减小。建议新建隧道上跨施工时采用初期支护+二次衬砌+三次衬砌的复合衬砌结构,钢拱架间距取0.4 m,单次拆撑长度取6 m。     

地铁车站围护结构对主体结构内力与位移的影响研究北大核心

为提高地铁车站的安全性,利用数值模拟软件研究了围护结构对地铁车站主体结构内力与位移的影响。通过ANSYS建立有、无围护结构两种情况下的荷载结构模型,并采用相同的荷载组合进行数值模拟,得到两种情况下的内力和位移情况,并对两种情况进行对比。研究结果表明:在主要考虑内力的情况下,采用无围护结构的主体结构进行建模较为合理;而在主要考虑位移的情况下,采用有围护结构的主体结构进行模拟比较贴近实际。无围护结构的主体结构模型与有围护结构的相比较,其内力偏大,但具有安全储备,且侧墙的位移会偏小。在实际工程设计中应根据考虑的主要对象选择适当的模型。