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。     

高速道岔钢轨轨底材质疲劳性能试验研究

针对高速铁路道岔钢轨轨底萌生疲劳裂纹而导致轨件断裂的问题，以高速道岔R350HT钢轨为对象，从轨底中部硬度最低的位置取样，分别开展轨底材质拉伸试验、疲劳极限试验、疲劳裂纹扩展试验以及断裂韧性试验，为阐明高速道岔轨底疲劳伤损机理及轨件服役寿命预测提供依据。结果表明：采用升降法得到道岔R350HT钢轨轨底材质的疲劳极限为447.1 MPa，所有试样均失效于表面裂纹萌生；轨底材质裂纹扩展速率为da/d N=1.89×10^-10ΔK^4.18；室温(25℃)和低温(-10℃)环境下测试得到的断裂韧性接近，轨底材质在-10℃没有呈现低温脆性特征。     

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...     

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.     

加载波形对LZ50车轴钢疲劳裂纹扩展行为的影响

在三角波、正弦波、方波3种加载波形下对LZ50车轴钢紧凑拉伸试样开展疲劳裂纹扩展试验,采用扫描电镜观察断口形貌,并结合试验数据分析加载波形对裂纹尺寸增量和扩展速率的影响。结果显示:加载频率较高时,疲劳裂纹扩展行为对波形的敏感性较低,断口形貌基本相同;加载频率较低时,波形对疲劳裂纹扩展行为的影响增大,断口形貌出现差异;稳态扩展区以疲劳条带为主要扩展机制,三角波加载下的疲劳条带间距明显小于其他2种波形,其失稳扩展区形貌以韧窝为主,且韧窝较其他2种波形下的小且浅。同时,基于LS-DYNA软件和节点位移外推法对CT试样在3种加载波形下的应力强度因子进行计算和分析。结果表明:仿真分析波形对疲劳裂纹扩展的影响机制与试验结果基本一致。     

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。     

U71 Mn 50 kg·m-1普通碳素钢钢轨疲劳裂纹扩展速率试验研究

根据室内对U71Mn50kg·m-1普通碳素钢钢轨按三点弯曲标准进行的试验,测定该钢轨的疲劳裂纹扩展速率,即裂纹扩展深度a及其对应的循环次数N值。利用中值法求得裂纹扩展深度对循环次数的微分值。根据断裂理论求得相应的裂纹前沿应力强度因子幅度ΔK。根据Paris公式,对以上两值取自然对数进行线性回归分析,确定该公式中U71Mn50kg·m-1普通碳素钢钢轨疲劳裂纹扩展速率的两个材料常数C为3 8771×10-12,m为3 6343。     

40Cr钢超高周疲劳性能及疲劳断口分析

采用超声疲劳试验方法研究40Cr钢在105周次～1010周次范围内的疲劳性能,其载荷频率为20kHz。用扫描电子显微镜分析了疲劳断口形貌特征。结果表明,40Cr钢的S N曲线始终保持下降趋势,且随疲劳循环数的增加,在106周次处并没有传统意义上的水平段;107周次疲劳强度为443MPa,1010周次疲劳强度为235MPa,二者存在明显差别;超声疲劳断口的扫描电子显微分析结果表明,40Cr钢超声疲劳断口显微形貌与常规疲劳载荷下的疲劳断口形貌无明显差异,疲劳裂纹在光滑试样表面或近表面材料缺陷处萌生,扩展区断口显微形貌观察到明显的疲劳辉纹。     

60N U71MnG钢轨轨头裂纹成因分析

对线路探伤检查发现的60N U71MnG重伤钢轨进行磁粉检测复核，在钢轨轨头工作边侧表面发现了裂纹。为查明裂纹产生的原因，人工压断裂纹钢轨并取样，对裂纹处断口进行宏观形貌观察、扫描电镜观察及能谱分析，以获得裂纹断口的形貌特征和伤损特点；对试样进行显微组织观察和维氏硬度检验，以分析裂纹的成因和机理，并在考虑温度拉应力和列车动弯应力作用下，对钢轨受力及裂纹萌生机理进行仿真分析。结果表明：钢轨轨头工作边侧表面裂纹为冷态下形成的外伤，裂纹及其附近部位曾受到过剧烈摩擦产生高温并发生相变产生了马氏体组织；当轨温为-33℃时，在温度拉应力和列车产生的动弯应力的共同作用下，白层马氏体表面中心偏下位置的拉应力为417.6 MPa，裂纹易从钢轨表面中心萌生，其尖端应力强度因子KI为28.9 MPa·mm1/2，高于钢轨断裂韧性KIC的最小单值，因此钢轨在经历很短的循环载荷周次后便从白层马氏体处发生裂纹失稳扩展。     

铸钢轮材料在700 ℃～20 ℃热循环下断裂机制分析

研究铸钢车轮材料在700℃~20℃热循环温度幅下热疲劳破坏规律。实验结果发现,试样表面出现大量的氧化腐蚀坑,表面主裂纹优先通过这些腐蚀坑扩展。试样表面的氧化腐蚀及氧化皮剥落均比次表层严重,表面的开裂也加速了次表层裂纹的形核和扩展。断口上的二次裂纹以沿晶为主,穿晶为辅,说明蠕变损伤导致晶界弱化。断口处腐蚀坑和夹杂物的开裂对试样热疲劳损伤有重要的促进作用,同时,断口上和表面的破坏互相促进,加深了试样的损伤程度。     

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。     

不同比例过渡对变截面对接接头疲劳性能的影响

文章以轨道货车常用的Q450NQR1高强度耐候钢为试验材料,研究了比例过渡分别为1∶3、1∶4、1∶5时,对接接头的疲劳性能。结果表明：当指定寿命为5×10⁶次时,比例过渡为1∶3的变截面对接接头中值疲劳极限最高,达到193 MPa。随着比例过渡逐渐增大,中值疲劳极限逐渐下降,比例过渡为1∶4、1∶5时,中值疲劳极限分别为149 MPa、129 MPa。断口微观形貌分析表明：不同比例过渡下接头的裂纹源一般集中于板厚较低一侧的焊趾处,无明显缺陷的出现,启裂区断口齐整光滑、疲劳源分布清晰;扩展区可观察到相互平行的塑性疲劳条带;终断区断口呈明显的韧窝型韧性断裂。     

铁路货车摇枕断裂疲劳失效分析研究

2004年底在黑龙江某地的维修检查中发现某铁路货车1位摇枕裂断,整个断面均为新断面,无旧痕。在裂纹源附近的断口分别进行扫描电镜和金相观察检验,测试了摇枕材料的常规理化性能指标。结果表明断口面上可见人字状裂纹扩展台阶,由摇枕的底部向上部扩展,断口并无明显疲劳断裂贝纹线特征;裂纹源区铸造缺陷及局部富含大量有害元素,如Pb、Sn、S等;常规理化性能检验结果符合标准要求。综合分析认为,摇枕裂断属于脆性断裂,与多种因素相关,但是裂纹源区铸造缺陷及局部富含大量有害元素应是造成疲劳裂纹萌生和扩展的主要原因。     

断口定量分析840D车轮辐板孔裂纹扩展速率

对840D车轮辐板孔疲劳断口形貌进行观察并测量疲劳弧线间距。通过分析认为43 mm是临界裂纹的一个重要参考,同时发现闸瓦制动工况在裂纹的产生和扩展过程中起着重要的作用,并推断出裂纹长度在35 mm内,其平均裂纹扩展速率为31.2 mm/年。     

LZ50车轴钢超长寿命旋转弯曲疲劳性能

使用旋转弯曲疲劳试验机在室温空气中测试LZ50车轴钢的S-N曲线以获得其在超长寿命区域的疲劳性能.结果显示,材料在弯曲5×106～109次时达到疲劳极限;在高于疲劳极限的应力范围,材料的S-N曲线满足三参数方程.对材料表面及断口的观察表明,疲劳裂纹始于材料表面铁素体组织,裂纹起始位置的断口上没有夹杂物等材料缺陷存在.上述结果与既有文献报道的研究结果不同,既有文献认为夹杂物在超长寿命区引起疲劳破坏.为了阐明LZ50车轴钢中夹杂物是否会引起材料在超长寿命区的疲劳破坏,使用测定的裂纹扩展门槛值和断裂力学理论分析了夹杂物引起车轴钢疲劳裂纹扩展的临界尺寸.     

一种基于低周疲劳特性的含缺陷车轴剩余寿命预测模型

车轴几何约束和外部环境的特殊性,使得压装部、卸荷槽及过渡圆角易于形成缺陷或者微裂纹,该缺陷或微裂纹已成为高速列车运营的重大安全威胁。深入研究微裂纹的演变规律,准确预测含缺陷车轴的剩余强度和寿命,制定出合理、经济的无损检测周期,迫在眉睫。基于平面应力Ⅰ型裂纹尖端修正的RKE奇异场和循环塑性应变能准则,考虑应变硬化材料的小范围屈服行为,通过引入适用于正负应力比的裂纹闭合函数实现对裂纹闭合与近门槛区行为的模拟,提出一种基于材料低周疲劳特性的伤损车轴疲劳裂纹扩展寿命模型。结果表明,该模型的预测曲线与不同厚度标准试样得到的疲劳开裂数据吻合良好,可以用于承受典型旋转弯曲加载的铁路车轴的剩余寿命预测。     

U71Mn钢疲劳裂纹扩展速率da/dN的测定与分析

对铁路钢轨材料U71Mn钢的疲劳裂纹扩展速率da/dN进行了测定,并用AutoCAD较为精确地得到了a-N曲线的离散值,最后用回归分析法得到了该材料在稳定扩展状态下的裂纹扩展速率。试验数据的相关系数检验表明:本文所得到的结果比较理想,对评价其寿命有参考价值。     

地铁车辆频繁启停工况加速钢轨滚动接触疲劳损伤行为

列车启停过程中轮轨接触应力复杂交变,近站点附近车辆频繁启停运行工况加速了钢轨滚动接触疲劳损伤。为深入了解地铁车辆频繁启停工况下的钢轨滚动接触疲劳损伤特性,利用轮轨滚动接触疲劳/磨损试验台(JD-DRCF/M)开展频繁启停工况下轮轨滚动接触疲劳试验。对比研究4种不同加/减速度工况下(0,400,800和1 200 r/min²)轮轨滚动接触界面黏着、钢轨磨耗和疲劳裂纹行为。研究结果表明：在干态环境中,加速工况显著降低了轮轨界面的黏着系数,其中：800 r/min²加速度下降幅最为明显;而进入水介质环境后,黏着系数出现瞬时极低值、加速度工况下的黏着系数降幅程度差异显著。加速度工况未引起钢轨的过高磨耗,但其对钢轨磨损形貌、表面粗糙度等的影响均较为显著,过高的加速度极易诱发钢轨以剥层机制失效并伴随表面粗糙度的大幅提升。钢轨磨耗与轮轨界面的剪切作用密切相关,加速度的存在往往不同程度地加剧了近表层钢轨材料的塑性变形和疲劳裂纹的萌生与扩展,使得裂纹扩展角、裂纹长度与数量均有不同程度地增加。因此,有必要开展实验条件下钢轨试样滚动接触损伤与实际现场钢轨损伤间的...     

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。     

我国重载铁路用68kg/m钢轨试验研究

研究目的：目前我国主要的几条重载铁路铺设使用了当今世界上断面最大的75kg／m钢轨，国外重载铁路发达的国家则大量使用美国铁路保养协会钢轨技术条件（AREMA-2004）中规定的136RE（68kg／m）断面的钢轨，且较为成熟。因此开展68kg／m钢轨的试验研究，可为我国重载铁路钢轨的铺用提供更多的选择，对发展我国重载铁路运输具有重要的意义.研究结论：热轧钢轨室温抗拉强度为1080MPa，轨顶面硬度达到300HB；成品钢轨中的氢含量为0．5×10^-4％，氧含量为12.3×10^-4％；轨头踏面及轨角处的显微组织为片状珠光体及少量铁素体；轨底最大残余拉应力为200.2MPa；-20℃断裂韧性KIC为32．5MPa·m^1/2；裂纹尖端强度因子△K=10MPa·m^1/2及13．5MPa·m^1/2时疲劳裂纹扩展速率da／dN分别为9，55m／Gc和31．98m／Gc。由以上试验研究结果可知，我国68kg／m热轧钢轨的各项性能指标均达到了《68kg／m钢轨暂行技术条件》的要求，可以上道试铺。