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。     

车轮钢II型裂纹的疲劳及断裂试验研究

通过试验测定了车轮钢Ⅱ型裂纹的疲劳扩展速率、断裂韧性ＫⅡＣ和应力强度因子范围门槛值ΔＫｔｈ，绘制了ｄａ／ｄＮ－ΔＫ；曲线，确定了Ｐａｒｉｓ公式，计算了轮辋裂纹的临界尺寸，根据轮辋裂纹的失效尺寸，计算了车轮的疲劳扩展寿命。为研究轮辋裂纹的扩展规律提供了重要的理论依据。     

列车荷载-水耦合作用下无砟轨道水平裂纹尖端强度因子有限元计算模型

针对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构层间裂纹扩展的典型现象,建立列车荷载-水耦合作用下裂纹尖端强度因子的三维计算模型。依据水压力在裂纹表面作用的特点,基于弹性力学及断裂力学原理,引入双协调方程、Westergaard应力函数,得到应力分量及位移分量。把裂纹表面受到均布水压力引起裂纹尖端强度因子增大的问题,简化为裂纹表面受无数集中力时的叠加而引起裂纹尖端强度因子的增大问题。结果表明,CRTSⅡ型板式无砟轨道水平裂纹扩展类型为Ⅰ型,依据Ⅰ型裂纹失稳扩展发生在应变能密度因子S最小方向,确定CRTSⅡ型板式无砟轨道水平裂纹沿着原来的裂纹面扩展。通过ANSYS-Workbench-Fracture Tool平台下裂纹尖端强度因子计算,建立了有限元计算的模型,计算结果合理性通过复合试件拉伸试验得到了验证。     

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。     

HXD_(3C)型电力机车车轮轮辋裂纹原因分析及扩展研究

轮辋裂纹故障扩展源头往往存在于车轮踏面表面以下的一定深度,不易通过检测手段被发现。其发生的规律、扩展方向、扩展速度等因素均具有一定的不确定性,使在线服役车轮的运用存在一定程度的不安全性。本文以出现轮辋裂纹扩展或缺陷的HXD_(3C)型大功率电力机车整体辗钢车轮为样本,通过故障车轮检验与滚动疲劳扩展试验相结合的手段开展轮辋裂纹扩展的相关研究,通过金相检验确认车轮轮辋裂纹的真实原因,通过轮辋裂纹扩展研究试验研究车轮缺陷在试验载荷条件下,随机车运用里程增加的发展规律。研究的结果对存在轮辋裂纹缺陷车轮的安全运用提供一定指导。     

焊接节点表面裂纹复合型应力强度因子的数值计算研究

以十字形焊接节点为研究对象,比较ABAQUS、FRANC3D和规范公式计算表面裂纹应力强度因子的结果,验证FRANC3D计算应力强度因子的正确性和高效性。为从数值理论上研究复杂应力场下焊接节点表面裂纹复合型应力强度因子的影响因素,基于FRANC3D建立不同裂纹形状比和焊缝倾斜角度的计算模型。结果表明:随着焊缝倾斜角度的增大,Ⅰ型和Ⅲ型应力强度因子减小,Ⅱ型应力强度因子增大;当焊缝倾斜角度为0°和15°时,裂纹表面点和最深点同时可以忽略Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子的影响;应考虑Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子绝对值对疲劳裂纹扩展的影响。     

铁路车轮轮辋疲劳裂纹和踏面剥离掉块的微观伤损因素分析

以某型铁道车辆装用的3组(20个为1组)车轮(其中,1组车轮的轮辋出现疲劳裂纹,1组车轮的踏面存在剥离掉块,1组车轮运行30万km未出现伤损)为研究对象,采用ASPEX自动扫描电镜系统研究3组车轮轮辋中非金属夹杂物的组成、性质及定量关系,并采用扫描电子显微镜和金相显微镜,研究轮辋疲劳裂纹、踏面剥离的伤损形貌和特征,分析导致轮辋疲劳裂纹和踏面剥离的微观伤损因素。结果表明:辋裂车轮中的非金属夹杂物以脆性夹杂物为主,约占非金属夹杂物总数的85%,并且断口中存在的毫米级脆性氧化物类夹杂物属于冶炼或浇注过程中混入的耐材或熔渣等外来物,这是轮辋疲劳裂纹形成的主要原因;在踏面剥离掉块车轮和未损伤车轮中,塑性非金属夹杂物占绝对多数,分别约占非金属夹杂物总数的84%和93%,踏面剥离掉块车轮的踏面塑性变形层平均厚度约为1mm,为未伤损车轮踏面塑性变形层的10倍,说明踏面塑性变形层的相对变形量较大是导致车轮踏面剥离掉块的主要原因。     

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。     

整体车轮踏面裂损的断裂力学疲劳抗力分析

在使用踏面制动的条件下，由于过度制动的结果，在踏面上形成“蟾蜍皮”状的热裂纹。该裂纹达到临界状态将导致车轮的破损，对行车安全构成威胁。本文借助于线弹性断裂力学理论。分析了在不同运用工况下轮辋及踏面裂纹的特点及扩展机理，并用疲劳抗力分析方法确定了周期性制动力作用下，不致使“蟾蜍皮”裂纹扩展的许用裂纹深度及相应的许用周向残余拉应力值，从而使按现行热变色方法而判废的车轮，经适当处理后能重新投入运用。     

简析热处理工艺、踏面旋修量对动车组车轮疲劳性能的影响

对轮辋淬火热处理过程中对流换热系数以及相变潜热的处理方法进行研究,结合CRH5250车轮轮辋的实测温度曲线计算了轮辋热处理过程的瞬态温度场、瞬态应力场以及热处理结束后车轮的残余应力场。分析了踏面旋修量对残余应力场的影响,分析了踏面旋修量与车轮疲劳性能之间的关系。分析结果表明残余应力和踏面旋修量对车轮疲劳性能有显著影响,设计阶段预先分析热处理工艺对车轮强度的影响,对于保障车轮运用安全可靠具有重要意义。     

车轮踏面裂纹分析

针对城轨列车车轮踏面存在的宏观裂纹,采用化学分析、硬度测试、金相观察等方法对踏面裂纹成因进行分析。车轮踏面裂纹为列车制动引起的热裂纹。车轮踏面制动时的高热区域表层组织会产生相变,形成马氏体组织,脆硬的马氏体组织在轮轨接触应力、制动热应力和组织应力的相互作用下极易碎裂萌生裂纹,裂纹在轮轨接触应力的持续作用下逐渐扩展,最终发展为宏观裂纹。建议城轨列车采用盘型制动,为了减少车轮的热裂敏感性,适当降低车轮的碳含量,选用ER8车轮,降低热裂纹产生的概率。     

夹杂物对轮辋裂纹萌生的影响

列车速度的提高和车辆轴重的增加导致轮轨接触应力加大,引起车轮轮辋内部应力分布的变化。根据铸钢车轮轮辋金相分析结果,应用Goodier方程对轮辋处夹杂物和空穴周围的应力状态进行分析。在轮轨接触应力作用下,Al2O3球形夹杂物在其球体的"极点"位置产生应力集中,而空穴处于"赤道"位置,其应力更大。根据Murakami公式,以轴重为25 t的车轮为例,计算在不同运行速度下,距铸钢车轮踏面一定深度的夹杂物临界尺寸。其结果显示,在一定车速下,夹杂物的临界直径随距踏面深度的增加而增大;若深度一定,夹杂物的临界直径则随车速的提高而变小。当轮辋中夹杂物的尺寸大于该临界直径时,轮辋疲劳裂纹就可能萌生。     

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...     

关于KDQ型高速轻型车轮运用情况及建议

介绍了广深线时速200km的“蓝箭”号动车组动车与拖车车轮路面的缺陷形式；提供了轮对旋修和轮对更换数量统计数据；对造成拖车车轮踏面严重剥离、频繁旋修和更换的原因进行了分析，得出了拖车所用KDQ型车轮踏面严重剥离、频繁旋修和更换的原因是强度和硬度偏低、车轮轮辋偏薄以及轮径差限度控制过严的结论，提出了改进建议。     

轮辋厚度对货车车轮辐板孔裂纹萌生时间的影响研究

车轮温度和应力的分布对车轮寿命有重大影响。分析轮辋厚度与车轮使用年限、辐板孔裂纹率的关系。采用有限元法模拟长大坡道制动热应力和轮轨机械应力随轮辋厚度变化的规律,建立考虑轮辋厚度的辐板孔裂纹萌生时间预测模型。结果表明:坡道制动工况与机械载荷工况的组合作用是车轮辐板孔边产生高应力的主要因素;车轮辐板孔应力随轮辋厚度的减小而增大;机械应力与热应力叠加是导致辐板孔裂纹萌生的主要原因。预测的疲劳裂纹萌生时间与实际情况比较接近。     

弹性车轮踏面裂纹产生机理研究及解决措施探讨

有轨电车运行条件复杂、恶劣,运用过程中偶尔出现车轮踏面裂纹问题,给行车安全带来隐患。文章通过分析弹性车轮踏面裂纹形貌、显微组织、力学性能、化学成分等内容,探讨了踏面裂纹产生机理,提出造成踏面裂纹的直接因素为车轮在运用过程中出现滑行,轮轨接触表面产生高温,易导致车轮踏面表层出现脆硬的马氏体白层,并伴有微裂纹,在轮轨力反复作用下,微裂纹扩展形成宏观疲劳裂纹。针对此原因,梳理了车辆控制逻辑并分析了车载监控数据,确定了车辆运行中频繁使用紧急制动且撒砂系统动作延时设置不合理是导致车轮滑行的根本原因,制定了撒砂系统动作不延时、车辆运用过程中非必要不采取紧急制动进行减速或停车等措施。经运用验证,上述措施可有效解决此类车轮踏面裂纹的产生。     

列车荷载-水耦合作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道道床裂纹扩展研究

无砟轨道在我国高速铁路中广泛应用,但以裂纹为主要形式的伤损问题也逐步凸显,特别是雨水对伤损的影响尤为突出。本文应用流固耦合理论及其统一控制方程,基于双向二维流固耦合场计算原理,建立高速列车荷载作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层下含水裂纹扩展问题的模拟;应用数值分析方法对裂纹上下表面压力和裂纹尖端强度因子进行计算分析。结果表明:裂纹开口量和长度是影响裂纹表面压力致使裂纹继续扩展的重要因素;裂纹长度与开口量直接影响表面水压力,而裂纹尖端强度因子与表面压力基本呈线性关系增加;裂纹长600mm和开口量3mm是裂纹扩展的极限状态,当裂纹长度大于600mm或开口量大于3mm时,裂纹扩展趋势明显。     

铁路机车车轮辋裂特征分析与对策研究

机车车轮在运用过程中常见的损伤主要有踏面损伤及轮辋内部裂纹(简称辋裂)两大类。由于内部裂纹极具隐蔽性,初期很难发现,故上述两类损伤中又以辋裂的危害性最大。对辋裂的特征进行总结,通过分析车轮辋裂产生的原因、机理及发生规律,提出在目前高速、重载条件下针对此类车轮失效模式的对策。     

简析高速重载工况对车轮轮辋疲劳裂纹萌生的影响

研究了在重载列车和高速列车车轮实际使用工况下,轮轨接触应力提高后车轮轮辋内部应力增加对轮辋疲劳裂纹萌生的影响。对普通列车、重载列车、高速列车上实际运用过程中发生辋裂的车轮进行失效分析和研究,结果表明:列车轴重增加和运行速度提高,导致车轮轮辋内部萌生裂纹的"临界夹杂物尺寸"减小,使车轮轮辋中原本处于安全尺寸范围的脆性夹杂物越过"临界夹杂物尺寸"成为疲劳裂纹萌生的主要发源点,最终导致车轮轮辋疲劳裂纹的形成。     

高速动车组踏面裂纹成因分析

对高速动车组踏面裂纹状态进行了统计分析,并对裂纹形成周期和踏面硬度分布进行了长期跟踪研究。结果表明,踏面裂纹基本在轮对旋修后运行16万km左右时形成,其原因是车轮踏面塑性变形累积,硬度达到峰值后裂纹开始萌发。头车轮对发生裂纹的可能性较大,这是因为头车轮对碾压异物造成其表层损伤,若旋修不及时裂纹会不断扩展,从而形成深度裂纹。