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．     

防止钢轨滚动接触疲劳的预防性打磨技术

由于滚动接触疲劳引起的波浪形磨耗、裂纹和裂缝已成为钢轨维护所面临的巨大挑战。高速打磨作为一种预防性技术可以温和去除轨面的脆化和裂纹。高速打磨列车已在德国铁路成功应用。     

疲劳裂纹扩展测试系统

本文介绍一套利用电位法编制的疲劳裂纹扩展测试系统，利用本系统再配置适当的硬件就能自动进行疲劳裂纹扩展的数据采集与数据处理，大大减轻试验者的劳动强度，缩短测试时间，并提高测试结果的精度。     

钢轨非对称打磨对车辆运行性能影响

针对钢轨斜裂纹特点提出钢轨非对称打磨技术以减轻和控制斜裂纹的形成与发展速率。利用SIMPACK动力学软件建立"蓝箭"号动车动力学分析模型,研究钢轨非对称打磨对列车运行性能的影响。研究结果表明:钢轨非对称打磨基本不影响车辆动力学性能和蠕滑行为;钢轨非对称打磨改变了轮轨接触几何参数,使轮轨接触点远离原内侧轨肩位置;钢轨非对称打磨通过改变钢轨廓形导致接触斑面积增大,明显降低轮轨最大接触应力;钢轨非对称打磨通过改变轮轨接触点分布和降低接触应力可减缓钢轨斜裂纹的萌生与扩展。     

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。     

预防性钢轨打磨的主要效果

尽管轨道机构及其部件和轨道养护设备都得到了显著的改进．还是出现了一些新情况，尤其是钢轨。例如，现有钢轨磨耗减少但并不能完全避免轮／轨踏面裂纹的形成。用超声波探测新近形成的”压溃（squat）”损伤的效果还有限。压溃，也叫”黑斑”．是在同时运行快速列车（160～200km／h）和重载低速列车的轨道区段．钢轨走行表面显现的进行性裂纹。在其最后阶段．发展成为将最终导致钢轨断裂的横向裂纹。[第一段]     

钢轨打磨对铁路运营物资管理的影响

基于个性化钢轨廓形打磨技术的现场应用案例,分析了钢轨打磨对铁路运营物资使用的影响.结果表明,个性化钢轨廓形打磨技术的应用可有效减少钢轨磨耗、波磨和疲劳伤损等病害的产生和发展,大幅提高钢轨使用寿命和线路基础的稳定性,有利于钢轨、轨距拉杆、胶垫、弹条等铁路常用物资的节省和管理.     

钢轨打磨量的分析计算

以GMC96型钢轨打磨列车为研究对象,论述钢轨轨廓数据采集与处理.分析打磨前后钢轨轨廓数据,针对打磨接触点、打磨面积计算、单个打磨头的平均打磨量计算进行阐述,提出钢轨打磨量计算方法;分析多种钢轨打磨模式下其打磨量与影响因素间的关系,得到打磨量与打磨角度及压力的关系,为GMC96型钢轨打磨列车打磨模式编制提供参考.     

热处理钢轨裂纹扩展速率的预测

针对各种实际钢轨进行了横裂纹扩展试验,探讨了热处理钢轨横裂纹扩展趋势,利用有限元法仿真分析了实际钢轨横裂纹扩展特性,并提出了钢轨横裂纹的预测方法.     

采用钢轨打磨减缓朔黄铁路小半径曲线钢轨伤损的试验研究

随着运能的增加,朔黄铁路小半径曲线钢轨出现明显的磨耗、掉块、压溃等伤损。为延长曲线钢轨使用寿命,朔黄铁路原平管内设置了钢轨打磨试验段,通过分析钢轨疲劳伤损发展规律,分析了各因素对钢轨表面疲劳伤损的影响。通过试验段钢轨初期打磨效果的对比分析,证明了钢轨打磨周期以及打磨断面对钢轨伤损的作用。     

钢轨滚动疲劳裂纹与磨损耦合关系研究

随着高速、重载铁路的发展,轮轨滚动磨损与疲劳损伤严重影响列车的运行安全.本文在JD-1型轮轨模拟试验机上研究干态工况下2种钢轨材料在2种处理工艺下4种试样的滚动磨损及疲劳损伤性能,利用显微硬度计和扫描电子显微镜(SEM)对试样表面硬度变化、磨损量及疲劳裂纹形成情况等进行对比分析.结果表明,由于加工硬化作用试验后所有试样的硬度均有提高;热处理工艺对钢轨材料的磨损和疲劳性能具有明显影响;钢轨的抗磨损与抗疲劳性能是两种不同的材料特性,两者表现为相互竞争与制约的耦合关系,即磨损严重时疲劳损伤表现相对轻微;适当降低材料含碳量,增加钢轨的磨损率有利于延长钢轨的疲劳寿命.     

钢轨轨头疲劳伤损的探讨

通过轨头疲劳的测试 ,探讨轨头疲劳的原因及特征 ,为制订钢轨厂修工艺提供依据。     

钢轨踏面斜裂纹伤损原因及对策的研究

广深准高速铁路全长139km。对准高速区段和非准高速区段曲线上钢轨进行探伤检查,发现在44个曲线,37km长的范围内存在踏面斜裂纹,斜裂纹主要发生在上下行上股钢轨,斜裂纹呈成段、非连续、跳跃式分布。踏面斜裂纹及断口的宏观形貌和理化检验与分析表明,踏面斜裂纹伤损属于滚动接触疲劳裂纹伤损类型。研究认为:钢轨性能、线路状况、车辆性能及运行速度、车轮踏面形状等是产生斜裂纹的主要原因。提高钢轨的接触疲劳强度,在曲线上使用微合金淬火钢轨,研究和改善轮轨接触方式,加强轨道的养护维修,合理地进行预防性打磨和校正性打磨是解决钢轨踏面斜裂纹伤损的主要措施。     

钢轨接触疲劳裂纹的产生与防治

钢轨轨顶内侧轨距角处由于重复的轮轨荷载作用,会产生接触疲劳裂纹,并逐渐发展,成为钢轨折断的主要原因之一.     

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。     

钢轨打磨试验台的设计研究

介绍钢轨打磨试验台各设计参数试验范围的确定、各机构的工作原理、结构的确定以及部件的选型。     

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。     

钢轨打磨车打磨作业后轨顶不平顺度的研究

PGM-48型钢轨打磨车打磨作业一定遍数后,如继续打磨,波磨深度反而越大,通过分析打磨车作业控制原理,标定相关系统,找出打磨后波磨深度变化的临界值,即打磨到平均波磨深度为0.17 mm左右时,已经达到其最佳效果,没有必要再增加打磨作业遍数.