双块式无砟轨道裂纹对道床板受力的影响分析

基于路基上双块式无砟轨道的计算力学模型,针对道床板不同宽度和深度情况下的表面裂纹和贯通裂纹,分析在列车荷载作用下道床板开裂前后对道床板受力性能的影响以及在轴向温度荷载作用下含裂纹的道床板受力情况。结果表明,在列车荷载作用下,含裂纹的无砟轨道与无裂纹的无砟轨道相比,道床板混凝土应力有小幅度增加,纵向钢筋应力随裂纹深度的增加而逐渐增大;在轴向温度荷载作用下,随着裂纹宽度的增大,道床板混凝土拉应力及钢筋应力变化较小。     

基于结构应力法的车体结构疲劳裂纹扩展与剩余寿命评估

为了弥补名义应力法不能针对具有初始裂纹的焊接结构进行评估的不足,采用结构应力法,在断裂力学的基础上推导了考虑裂纹扩展增量的焊缝裂纹扩展计算方法。以复铰式100%低地板有轨电车为研究对象,采用名义应力法确定了典型工况下车体疲劳强度薄弱焊缝的位置,并基于结构应力法提取了该位置的膜应力和弯曲应力,并应用焊缝裂纹扩展计算方法对车体薄弱位置的焊缝进行了剩余寿命评估。研究结果表明:初始裂纹的存在导致车体寿命远低于设计寿命(1E7),但仍然具有一定的服役空间,可以利用焊缝裂纹扩展计算方法对含有缺陷的结构进行剩余寿命评估,并根据计算结果制定相应的维修策略。     

空心车轴不同形状比裂纹应力强度因子的仿真研究

空心车轴在运用中可能会出现意外损伤而诱发表面裂纹。应力强度因子是预测裂纹扩展情况的重要参数。本文分析了空心车轴的运用载荷,根据所测载荷谱,采取有限元方法计算车轴横截面的应力分布情况。采用四分之一20节点等参退化奇异单元模拟裂纹前缘的应力奇异性,建立空心车轴表面裂纹扩展的有限元模型,并对裂纹前缘进行离散,实现正交扩展,得到不同步扩展的裂纹前缘。在此基础上对裂纹前缘不同位置的应力强度因子进行计算分析,得出不同初始形状裂纹前缘扩展中的应力强度因子分布规律。计算结果表明,具有不同初始形状的裂纹,随着裂纹的扩展,裂纹形状将趋于某一形状比范围内。与解析方法计算的结果比较,二者基本吻合。     

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。     

货车车轮轮辋裂纹扩展特征分析

通过进行有限元计算和车轮轮辋材料疲劳裂纹扩展试验,研究了货车车轮轮辋裂纹扩展的主要控制因素和扩展规律。结果表明,轮辋深部裂纹尖端Ⅰ型应力强度因子为负值,即裂纹为闭合型;裂纹扩展主要受Ⅱ、Ⅲ型及其复合应力强度因子控制。在Ⅰ型(负值)应力强度因子及裂纹面间的摩擦力共同作用下,裂纹尖端的Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子幅值较低,裂纹不易发生偏折或分叉,一般会沿着轮辋踏面切线方向扩展,直至扩展到踏面。     

轨道车辆车轴强度及疲劳裂纹扩展寿命分析

以GCY300II型轨道车12 t轴重车轴为研究对象,采用机车车轴的强度标准,利用有限元计算方法计算车轴不同轴重下的6种不同工况的静强度和疲劳强度,在获得对应工况的应力分布及数值的基础上,进行车轴的静强度和疲劳强度分析,并确定车轴薄弱部位,然后假定车轴最薄弱部位出现疲劳裂纹,将不同轴重、不同工况下计算得到的应力数值作为车轴裂纹处的载荷应力谱,再结合疲劳断裂分析理论计算分析车轴疲劳裂纹扩展寿命。计算结果表明:车轴薄弱部位为车轴变截面处,其中最薄弱部位为车轮内侧轮座处上边缘。     

日照温差对混凝土桥梁裂纹影响的分析

混凝土桥梁裂纹的成因非常复杂,从日照温差应力影响进行分析,利用ANSYS软件,建立有限元模型,在最不利工况下计算日照温差作用下盖梁的应力状态,并分别在盖梁上部和下部选取了两条横向直线来分析其应力状态,探讨裂缝的可能成因。模型的计算分析结果和实际情况基本吻合。     

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。     

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。     

双块式无砟轨道裂纹对结构受力特征的影响分析

建立了含初始裂纹的CRTSⅠ型双块式无砟轨道空间有限元实体模型,对无砟轨道的受力特性进行研究,为无砟轨道的优化设计及其养护维修提供一定的理论基础。综合考虑列车荷载和温度应力的共同作用,求出了裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力,并分析了裂纹深度和道床板配筋率对裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力的影响。得出结论:(1)在列车荷载和整体温降共同作用下,无砟轨道道床板裂纹深度对裂纹张开量和裂纹处道床板下层纵向钢筋应力的影响不明显;(2)在满足最小配筋率的前提下,道床板配筋率对无砟轨道道床板裂纹张开量没有影响;在列车荷载和整体温降共同作用下,道床板配筋率对裂纹处道床板下层纵向钢筋应力的影响也不明显。     

统一机车超声波探伤试块灵敏度的必要性

通过对北京铁路局管内各机务段常用超声波探伤试块普查,发现相同的试块探伤灵敏度存在差异,影响探伤结果评判。按照制作试块的基本原则,详细说明了统一各常用试块的标准,包括TS-1试块、车轴实物试块、车轮实物试块,并将各试块进行了灵敏度统一标志。运用结果表明,对超声波探伤用试块进行灵敏度标志达到了预期的目标。     

基于监督学习的轨道车辆车轴裂纹扩展预测方法研究

传统裂纹扩展分析需要精确的数学模型以及校准参数,但现实中的复杂形状裂纹扩展过程难以进行精准建模,而通过有限元软件对裂纹扩展过程进行分析需大量的运算时间。因此,文章提出了基于监督学习的轨道车辆车轴裂纹扩展方法,该方法无需进行数学建模,可通过结构健康监测数据以及初始裂纹数据直接预测裂纹的扩展趋势。经验证,该方法预测准确率较高,能够较好地拟合裂纹扩展趋势。     

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。     

客运专线箱梁端部裂纹成因分析及施工控制

研究目的:研究客运专线箱梁端部裂纹的成因及其施工控制。研究方法:针对铁路客运专线箱梁检测中普遍存在的端部纵向裂纹这一现象,通过有限元计算的方法,分析裂纹产生的原因,从而提出箱梁施工控制方面应注意的问题。研究结论:建议调整预应力的施工顺序,预、初张拉时,尽量避免张拉N2a及N1b孔道;严格控制存梁台座的标高,定期观测不均匀沉降量,一旦发现,立即采取措施,避免扭矩的产生;加强提梁孔附近的局部构造钢筋,防止提、移梁时过大的局部应力导致该孔处裂纹的发生和扩展,注意提、移梁、落梁就位时采取必要措施,尽量保持梁体两端承受均匀的自重作用,避免施工过程中产生扭转等附加应力。     

列车车轴裂纹的振动特性分析及在线监测方法

以危害性极大的车轴横裂纹为研究对象,分析裂纹车轴的振动特性,设计车轴裂纹在线监测系统。研究表明:当车轴存在裂纹时,其振动具有非线性特性,振动中出现各次谐波分量;1次和2次谐波的响应变化随裂纹扩展而增大,变化幅度随裂纹在车轴上的位置不同而不同,且2次谐波比1次谐波的响应变化大得多,3次及其以上的谐波对较浅裂纹来说可以忽略。结合机车车辆轮对振动监测的特殊性,提出综合运用转速跟踪采样、时域累加和平均、历经谱分析等方法对车轴裂纹进行振动监测分析,可有效抑制由支承轴承、车载设备或偶然性激励引起的背景噪声。经过在机车车辆轮对跑合试验台上的监测试验,监测结果与实际车轴裂纹相符,表明提出的在线监测方法能有效监测和识别列车车轴裂纹。     

钢轨闪光焊焊接接头轨面横向裂纹成因分析

针对秦沈线17处钢轨闪光焊焊接接头轨面产生的横向裂纹,通过在伤损部位取样,分别进行洛氏硬度、金相组织和显微硬度等试验,结合焊轨生产的实际,分析裂纹形成原因。认为所检闪光焊焊接接头的裂纹起源于钢轨表面的白亮层马氏体组织,并在外力作用下扩展进入正常的珠光体组织区域,裂纹深度达到5mm。研究钢轨精磨方式与焊缝凸起之间的关系,得出:对矫直后具有明显焊缝凸起的焊接接头进行精磨时有可能因打磨中进刀量过大,引起钢轨局部机械热损伤,造成局部金属的急速高温和急速冷却,形成高硬度的脆性白亮层马氏体组织,是导致焊接接头轨面产生裂纹的根本原因。建议进一步研究钢轨焊接生产打磨工艺规范以及客运专线铁路钢轨的预打磨规范,避免钢轨及焊接接头出现马氏体组织。     

基于可拓方法的连续配筋混凝土路面裂缝宽度评价

在简述可拓评判方法的基本原理和评价步骤的基础上,根据京珠高速湖南段耒宜高速公路CRCP 3个路段的裂缝宽度检测结果,进行了用可拓方法评价CRCP裂缝宽度的研究,确定了相应的评价步骤,并将其评价结果与统计方法进行了对比分析,从而提出了运用可拓方法评价CRCP裂缝宽度的方法。结果表明,可拓方法不仅能合理评价裂缝宽度的现时状况,而且其关联度可以反映裂缝宽度等级的动态发展趋势;而统计方法的评价结果受个别较宽裂缝的影响较大,且为静态结果,只能反映CRCP裂缝宽度的现时状况。因此,可拓方法比统计方法更可靠、更准确,更能满足CRCP裂缝宽度检测的要求,从而为CRCP路面养护维修提供参考依据。     

客车车体底架疲劳裂纹评价

建立了客车车体的有限元模型,采用断裂力学,计算出客车底架临界裂纹尺寸和裂纹扩展率.通过对比有限元分析和物理加载试验获得的侧梁变形,对其进行了验证.在一定条件下,该裂纹分析过程可适用于铁道车辆临界裂纹和裂纹扩展速率的评估.     

碳纤维与钢板复合加固钢筋混凝土梁裂缝的试验研究

通过1根原梁、3根碳纤维与钢板复合加固梁和3根碳纤维加固梁的受弯性能试验,研究碳纤维与钢板复合加固钢筋混凝土梁的裂缝发展机理及裂缝宽度计算方法。研究表明,加固梁的裂缝间距和裂缝宽度均小于原梁,但次生裂缝有所增加;复合加固梁的裂缝发展速度比碳纤维加固梁缓慢,说明复合加固的限裂作用优于碳纤维;随着负载的增加,加固梁裂缝的发展速度加快,限裂作用随之减弱,最大裂缝宽度曲线出现突变,说明负载降低了加固的限裂作用,但负载对复合加固限裂作用的影响比碳纤维加固小。基于传统裂缝计算理论,引入复合加固粘结作用相关系数和负载影响系数,推导出考虑复合加固粘结作用及负载影响的复合加固梁裂缝宽度计算式。该公式的计算值与试验值吻合较好,计算方法简便,可用于工程设计。     

水压试验对地铁车辆储风缸材料性能的影响

文章针对经长期使用后的地铁车辆储风缸,分析水压试验对储风缸材料性能的影响,论证仅采用水压试验能否满足对储风缸的检验要求,以取代成本较高的射线检测。文章的分析包括:储风缸材料的弹塑性变形、水压试验的强度储备、裂纹扩展、裂纹扩展迟滞效应以及相关的工艺要求。