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。     

钢桁桥横梁裂纹病害原因分析与处治对策

某钢桁桥在运营十余年之后,支承行车道板的横梁相继出现裂纹.通过对该桥梁裂纹病害分布和发展情况以及钢横梁在外荷载作用下受力的研究,分析钢桁桥裂纹病害的原因并提出整治措施.钢横梁的裂纹分布和发展具有很强的规律性,伸缩缝处横梁的裂纹相对其他部位出现的早而且严重;产生裂纹的原因与构造细节和车辆活载作用有关,属于疲劳裂纹;对局部构造进行加固改造可有效减小应力峰值,延迟疲劳裂纹的出现.应力集中和疲劳是导致钢桁梁出现裂纹的主要内因,桥梁的长期超负荷运营则是裂纹病害发生和发展的外因,提出的增设加劲板方案可以有效改善桥梁的局部受力情况,并在一定程度上可延缓裂纹的出现和发展.     

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...     

15MnVNq钢焊接接头疲劳裂纹扩展规律的研究

采用国家标准ＧＢ６３９８－８６规定的试验方法，对１５ＭｎＶＮｑ钢焊接接头在疲劳裂纹扩展中速区和近门槛值区的裂纹扩展规律进行了深入的研究。在应力比，残余应力对疲劳裂纹扩展的影响方面获得了有价值的成果。本文还在疲劳断口的研究方面进行了新的尝试，探讨了二次裂纹对疲劳裂纹扩展的影响。     

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。     

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     

弹塑性疲劳裂纹扩展的应变累积模型

本文通过实验研究指出，弹塑性疲劳裂纹的扩展，是一个裂尖钝化启裂和裂纹稳定扩展交替进行的过程，其扩展机制为能量累积型或应变累积型，在对裂尖弹塑性应力变应分析的基础上，作者建立了疲劳裂纹扩展的应变累积模型，该模型数学表达式具有半理论，半经验性质，能较好地反映弹塑性疲劳裂纹扩展的物理特征。     

多孔火山岩骨料混凝土轨枕疲劳裂缝扩展研究

为研究多孔火山岩粗骨料混凝土轨枕在东非地区铁路轨道工程中应用的可行性,对其进行了疲劳试验,利用三维光学应变测量仪和裂缝测宽仪对轨枕疲劳试验中产生的裂纹高度和宽度进行测量,研究轨枕疲劳裂纹扩展规律。研究发现:疲劳裂纹扩展速率呈现明显的非线性特征,多数情况下最终裂纹高度小于中和轴高度;最大残余裂纹宽度小于0. 05 mm,满足规范要求。表明多孔火山岩骨料混凝土轨枕疲劳性能满足中国现行规范要求,可在东非地区推广应用。     

高速动车组制动横梁裂纹故障分析及改进措施

为解决高速动车组原设计结构的制动横梁裂纹故障,对故障发生位置及数量进行统计,并对裂纹断口进行宏观、微观分析,分析表明断口为应力导致的疲劳断裂。对原设计结构的制动横梁进行线路制动载荷识别并将结果应用于有限元仿真计算,结果表明原结构制动横梁支撑座管卡安装孔边缘处存在应力集中,在承受交变载荷下易产生疲劳裂纹。结合有限元强度仿真结果,提出制动横梁结构改进方案并进行强度计算和线路实测动应力,结果表明改进方案制动横梁结构应力水平较原方案明显降低,改进结构可满足高速动车组运用要求。     

转向架构架用16MnDR钢缺口疲劳行为研究

轨道交通车辆运营状态下,转向架构架主要受到来自轮轨的疲劳冲击,其主承载部位的受力多为三向应力状态,为了研究转向架构架焊接接头的疲劳行为,探讨疲劳失效机理,准确还原承载区域的应力状态是关键。文章针对转向架构架用16MnDR钢,设计并制备了应力集中系数为2.7的片状缺口疲劳样品,以等效构架焊接接头的应力状态;通过对比标准疲劳样品和缺口疲劳样品的疲劳试验结果,研究了缺口效应对16MnDR钢疲劳寿命的影响,讨论了局部应力集中对材料疲劳裂纹萌生和疲劳裂纹扩展的影响机理。结果表明：在相同名义应力下,缺口疲劳样品的疲劳寿命显著低于标准疲劳样品的疲劳寿命,缺口疲劳样品的疲劳裂纹呈多裂纹起始;在相同名义应力下,缺口疲劳样品的疲劳裂纹起始寿命显著低于标准疲劳样品的疲劳裂纹起始寿命,而疲劳裂纹扩展寿命与标准疲劳样品的疲劳裂纹扩展寿命相当,导致缺口疲劳样品的疲劳寿命低于标准疲劳样品的疲劳寿命。     

42CrMo钢缺口疲劳裂纹萌生及短裂纹扩展规律的研究

通过研究机车车辆零部件的常用钢种４２ＣｒＭｏ在不同应力比下三点弯曲缺口试件的疲劳裂纹萌生及短裂纹扩展规律，确定了该钢的缺口根部最大应力范围Δσｍａｘ和疲劳裂纹萌生周次Ｎｉ的关系，疲劳裂纹萌生门槛值（Δσｍａｘ）ｔｈ及短裂纹扩展规律ｄａ／ｄＮ＝ｃσα＾ｎ．α；提出了一种估算缺口试件疲劳寿命的方法。     

Q345qD桥梁钢对接焊缝疲劳裂纹扩展性能试验研究

为采用断裂力学方法对既有钢桥焊接细节进行疲劳评估,对6.1,10.0和23.5 mm的Q345q D桥梁钢对接焊缝进行疲劳裂纹扩展速率试验和疲劳裂纹扩展门槛值测定试验,基于两种数据处理方法得到了不同厚度、不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率参数。试验结果表明:在通常的应力强度因子幅值范围(10~70 MPa·m0.5)内,基于单试件数据点的处理结果对应的裂纹扩展速率明显高于基于成组数据点的处理结果;Q345q D对接焊缝的疲劳裂纹扩展速率随应力比增加而增加;本批次的Q345q D对接焊缝的疲劳裂纹扩展性能优于BS7910中给出的通用钢材疲劳裂纹扩展性能;Q345q D对接焊缝疲劳扩展门槛值随应力比增加而降低,并给出了门槛值随应力比变化的公式。     

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.     

Q345qD桥梁钢疲劳裂纹扩展速率试验研究

为采用线弹性断裂力学方法对既有铁路钢桥进行疲劳评估,利用紧凑拉伸试样、基于柔度法的测量手段,对6.1,10.0和23.5mm厚的我国应用最广泛的Q345qD桥梁钢进行疲劳裂纹扩展速率试验,分别采用单试件数据点和成组(相同材料、厚度和应力比)数据点拟合,得到不同厚度、不同应力比下试件的疲劳裂纹扩展速率参数。试验结果表明:在通常的应力强度因子幅值范围(10~70 MPa·m1/2)内,基于单试件数据点拟合参数得到的疲劳裂纹扩展速率明显高于基于成组数据点拟合参数得到的裂纹扩展速率;Q345qD桥梁钢的疲劳裂纹扩展速率随应力比增加而增加,当应力比从0.1增加到0.5时,本批次钢材的疲劳裂纹扩展速率增幅为7%~25%,但随板厚增加的变化并不显著;本批次Q345qD桥梁钢的疲劳裂纹扩展性能优于HPS485W和14MnNbq桥梁钢及BS7910标准中给出的通用钢材疲劳裂纹扩展性能。     

朔黄铁路神池南站钢轨剥落掉块原因的数值分析

采用有限元分析软件ANSYS,结合疲劳与磨耗耦合模型,分析朔黄铁路神池南站钢轨裂纹疲劳与磨损的行为机制。结果表明:裂纹扩展速率明显大于钢轨表面的磨耗速率,钢轨破坏形式以疲劳破坏为主;随着裂纹的不断扩展,其扩展速率由快变慢,当裂纹扩展到600μm时,其扩展速率达到最大;在裂纹初始扩展阶段,裂纹扩展方向基本与行车方向一致;当裂纹长度大于600μm后,裂纹扩展方向发生了改变(沿着与起始阶段相反的方向扩展),形成鱼钩形裂纹,导致钢轨表面出现剥离掉块。     

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。     

Ф840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹扩展特性研究

针对目前Ф840D货车车轮辐板孔裂纹故障增多及其可能带来的隐患,本文首先采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力和制动热应力,其次根据线弹性断裂力学理论研究了辐板孔边裂纹的应力强度因子,最后结合Forman疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到不同运用工况下辐板孔裂纹扩展的基本特性及规律,从而分析出了导致裂纹扩展的载荷条件.分析结果表明：辐板孔裂纹是典型的疲劳裂纹,是由萌生于辐板孔内侧的微细裂纹逐渐扩展而来的,它是由热负荷和机械载荷的综合效应造成的.单纯的机械载荷不会直接导致孔边裂纹的萌生和扩展;坡道制动与机械载荷的叠加才是导致辐板孔裂纹萌生与扩展的最主要的载荷工况.这对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计,保障行车安全,具有重要意义.     

φ840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹扩展特性研究

针对目前840D货车车轮辐板孔裂纹故障增多及其可能带来的隐患,本文首先采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力和制动热应力,其次根据线弹性断裂力学理论研究了辐板孔边裂纹的应力强度因子,最后结合Forman疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到不同运用工况下辐板孔裂纹扩展的基本特性及规律,从而分析出了导致裂纹扩展的载荷条件。分析结果表明:辐板孔裂纹是典型的疲劳裂纹,是由萌生于辐板孔内侧的微细裂纹逐渐扩展而来的,它是由热负荷和机械载荷的综合效应造成的。单纯的机械载荷不会直接导致孔边裂纹的萌生和扩展;坡道制动与机械载荷的叠加才是导致辐板孔裂纹萌生与扩展的最主要的载荷工况。这对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计,保障行车安全,具有重要意义。     

锻钢制动盘疲劳裂纹扩展速率试验研究

对制动盘材料的疲劳裂纹扩展速率进行了试验研究。以Paris公式为理论依据,采用三点弯曲法确定了疲劳裂纹扩展速率da/dN公式,得到疲劳裂纹扩展速率da/dN公式中的材料参数C、m,分别为C=4.94×10-15,m=3.536 7。该测定参数可用于锻钢制动盘剩余寿命评估。     

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．