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。     

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。     

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%...     

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。     

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。     

客货共线铁路道岔区扣件系统的研究与设计

结合新建天水至平凉客货共线铁路工程,从兼顾动车组和货车对扣件系统的舒适性和长寿命需求出发,研发了道岔区预埋铁座式的弹性分开式扣件系统。为实现扣件系统高弹性,经比选采用W1型弹条扣压铁垫板,Ⅱ型弹条扣压钢轨。扣件系统节点静刚度确定为40 k N/mm,并按扣件系统功能进行分段设计以满足轨道刚度均匀化需求。经室内试验验证和现场铺设考核,扣件系统能够满足旅客列车舒适性要求,同时能够减少岔区轨道结构养护维修工作量,延长扣件系统使用寿命。     

高速铁路扣件系统弹条疲劳性能研究

高速铁路扣件长期在动载作用下工作,为保证其正常使用,对扣件系统中的弹条进行疲劳性能研究是非常有必要的。本文通过考虑弹条与扣件系统其他部分之间的接触作用,对X2型弹条在不同扣压力作用下的静力及疲劳性能进行了研究,获得了弹条在不同扣压力下的应力特征,重点研究了疲劳荷载作用下弹条的疲劳寿命及疲劳破坏危险点位置。考虑钢轨横向力的作用,计算分析了考虑水平力作用下的弹条疲劳寿命,并对荷载频率对弹条性能的影响进行了讨论。     

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。     

高速铁路用WJ-8型扣件弹条模态特征试验研究

高速铁路无砟轨道在钢轨波浪形磨耗或车轮多边形磨耗等影响下扣件产生共振导致弹条断裂的情况时有发生。WJ-8型扣件是我国高速铁路无砟轨道结构常用扣件,为了分析其弹条断裂损伤机理,采用锤击激励法对扣件弹条的模态特征进行了试验研究。结果表明:标准安装状态下WJ-8型扣件配套使用的W1型弹条在0～1 000 Hz频率范围内具有2阶模态,第1阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点反对称外翻振动,两侧肢的振动方向相反,第2阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点对称外翻振动,两侧肢的振动方向相同;弹条固有频率波动与安装状态有关,可通过调整弹条安装状态,避免弹条在轮轨的高频激励下产生共振,从而减轻弹条伤损。     

基于Ⅲ型弹条的新型地铁扣件设计研究北大核心

基于弹条Ⅲ型弹性分开式扣件设计了一种新型地铁扣件,从主要参数及结构设计方面将其与弹条Ⅲ型扣件作了较全面的对比,并对新型扣件系统的主要部件——铁垫板及螺栓的受力与变形进行了分析。新型扣件的设计关键点为:优化了铁垫板设计,增加其宽度和厚度,改善了传力性能;增大了螺栓孔处圆角半径,且在边缘设置小段切线;将挡肩与铁垫板下部连接处的直角连接改为圆弧过渡连接,并增设圆弧过渡区,减缓了突变处的应力集中,使得在最不利荷载作用下铁垫板的强度能够满足使用要求,有足够强度富余且其横向和垂向位移很小;减小螺杆长度,增大螺纹段的长度,使其在60 k N抗拔力和30 k N横向力荷载分别作用和共同作用下的受力更加合理,螺栓强度与套管强度均能满足使用要求,强度得到充分利用。新型扣件系统结构在使用寿命、养护维修方面具有一定优越性。     

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。     

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。     

朔黄铁路扣件强化措施及应用效果

对朔黄铁路弹条Ⅱ型扣件使用现状进行现场调研,发现弹条Ⅱ型扣件主要存在轨下垫板压溃或窜动,轨枕承轨槽磨损、弹条松弛、轨距挡板磨耗较大、挡板座压溃或断裂等问题.在保持既有Ⅲ型轨枕不更换的前提下对弹条Ⅱ型扣件主要部件进行强化设计,研制出SH-J型扣件.经过现场试铺、轨道结构动力性能测试和长期跟踪观测,SH-J型扣件各项测试数...     

地铁弹条Ⅱ型分开式扣件力学特性研究

为完善优化地铁扣件的设计理论,针对弹条Ⅱ型分开式扣件的伤损特性,参考深圳地铁一期采用的WJ-3弹条Ⅱ型分开式扣件的结构形式,简化建立扣件系统静力学模型。基于有限单元法,计算分析弹性模量对扣压力的影响以及列车横向力、列车荷载作用下的垂向振动、压紧位移对弹条内部应力分布的影响。结果表明:压紧位移对弹条中的应力分布和最大应力的影响更为显著,当压紧位移超过10 mm时,弹条后肢弯位置可能折断。依据计算结果得出3种荷载下的弹条应力分布规律,同时从弹条强度出发,初步提出弹条的预压缩量和压紧位移限值,预压缩量不超过5 mm,压紧位移应小于9 mm。     

沪宁城际WJ-7B型扣件螺栓轴力衰减规律与复紧周期探讨

高速铁路扣件系统是轨道弹性、轨距、水平调整能力的主要提供者,扣件的可靠性关系到列车运行的安全性和旅客乘车的舒适度等,对于WJ-7B型弹性分开式扣件,其功能的正常发挥很大程度上取决于锚固螺栓的预紧力是否足够。以沪宁城际WJ-7B型扣件系统为例,推导扣件系统螺栓轴力计算方法;结合现场转角测试结果计算锚固螺栓轴力的衰减规律。研究结论为:螺栓轴力稳定在40~60 kN,满足横向力校核结果,在此基础上确定了复紧周期为3~4年。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端凸形挡台纵向力分析

针对近几年大跨桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端半圆凸形挡台的剪切破坏现象,参考国内某连续刚构桥实际参数,根据桥梁梁端半圆形凸形挡台的配筋计算出凸形挡台的设计承载力,基于有限元方法,建立线-板-桥-墩一体化计算模型,计算分析在不同扣件阻力,桥梁温度跨度和桥墩线刚度等因素下的梁端半圆形凸形挡台受力。结果表明:扣件纵向阻力是梁端凸台剪切破坏的主要影响因素,随着扣件纵向阻力的增大,梁端半圆形凸形挡台所受纵向力也随之增大,当扣件纵向阻力达到17.0k N/m/轨时,凸形挡台所受纵向力将会超过凸形挡台的抗剪承载力,即发生破坏;桥梁温度跨度、桥墩线刚度、有无起制动力对梁端半圆形凸台所受纵向力影响很小。     

轨下垫板刚度的时变特性及其影响研究

以WJ7-A型轨下垫板为对象,测试轨下胶垫刚度随服役时间的变化,分析垫板刚度的时变特性;然后以此为基础,建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型,研究轨下胶垫时变特性对轮轨随机振动响应的影响规律。研究结果表明:随着服役时间的增长,轨下橡胶垫板的刚度将增大,2年后垫板刚度的增幅为13.91%;随着运营时间的增长,车体振动加速度变化微弱;轮轨力及扣件力的第二主频幅值增大并向高频移动,且扣件力变化更显著,线路运营2年时间后,扣件力第二主频向高频移动7.4 Hz,幅值增幅达到53.80%。建议定期抽样测试轨下胶垫刚度并及时更换性能老化垫板,降低轮轨垂向力和扣件力。     

3Cr13道岔融雪弹性卡断裂分析及对策

3Cr13电加热道岔融雪弹性卡在使用中发生断裂,分析断裂弹性卡化学成分,对其断口进行宏观和微观观察,结果表明断裂的原因为腐蚀性介质环境和交变应力共同作用下形成的多源疲劳和应力腐蚀。提出优化弹性卡结构、使用偏碱性防腐涂料对3Cr13弹性卡进行表面处理的应对措施。     

轴向橡胶垫结构改进

分析了轴向橡胶垫A类项点(200万次常规疲劳+15万次强化疲劳)不合格的原因,从铁件(2)材质、冲压成型工艺、金属骨架处理工艺、胶料性能和产品结构设计等5个方面进行改进试制,并对试制品进行了疲劳试验.结果表明,前4种因素都不足以保证产品具有预期的疲劳寿命,而在不影响产品接口及功能的情况下对产品结构进行适当改进是解决问题的根本办法.改进后产品的批量生产表明,改进方案不仅保证了产品的疲劳寿命,而且降低了铁件(2)的采购要求,降低了生产成本.