多边形条件下高铁车轴裂纹扩展寿命计算及检查间隔制定方法研究

文章调研了目前关于车轴材料属性和载荷条件离散性对剩余寿命的影响的处理方法并进行了简要总结；建立了车辆系统刚柔耦合动力学模型，提取了车轮20阶多边形条件下各工况车轴危险截面应力-时间历程，进行了应力谱的编制；基于小试样裂纹扩展试验数据拟合得到了NASGRO方程裂纹扩展参数，计算得到车轴卸荷槽部位裂纹深度为2～40 mm的剩余寿命；考虑材料属性和载荷条件离散性来制定车轴剩余寿命计算的安全系数；结合剩余寿命计算结果、超声波检测裂纹检出概率曲线和车轴失效概率制定了车轴合理的检查间隔。结果表明，车轮多边形条件下，车轴剩余寿命为38.5万km,考虑材料属性和载荷条件离散性的安全系数分别为1.26和1.33,得到车轴检查间隔为3.8万km。     

高速列车 车轴强度 计算方法

针对国内尚未制订高速列车车轴强度设计规范的现状,以中国某高速动车组动车车轴强度计算为例,分别采用日本和欧洲的高速列车车轴强度设计规范中的计算方法以及有限元仿真计算方法,对动车车轴的强度进行计算和对比分析。结果表明：3种计算方法计算得到的车轴强度安全系数均大于1,表明车轴强度符合安全要求;欧洲高速列车车轴强度设计规范考虑的载荷较为全面,与有限元仿真计算方法相比,计算结果偏于安全;但对于轮座部位,采用日本的车轴强度计算方法计算出的安全系数偏大,更为保守。     

高速动力车车轴强度分析的工程方法

基于弹性力学理论，以车轴的受力状态和载荷分布为基础，建立车轴强度计算模型，导出车轴强度计算公式，给出车轴结构应力集中系数的计算方法和新型车轴制造材料的安全系数和许用应力的确定方法，与有限元法相比，方法简单，易于计算机计算，与试验结果对比，二者的最大相对误差小于10％。     

高速列车车轴强度计算方法对比分析

针对国内尚未制订高速列车车轴强度设计规范的现状,以中国某高速动车组动车车轴强度计算为例,分别采用日本和欧洲的高速列车车轴强度设计规范中的计算方法以及有限元仿真计算方法,对动车车轴的强度进行计算和对比分析.结果表明:3种计算方法计算得到的车轴强度安全系数均大于1,表明车轴强度符合安全要求;欧洲高速列车车轴强度设计规范考虑的载荷较为全面,与有限元仿真计算方法相比,计算结果偏于安全;但对于轮座部位,采用日本的车轴强度计算方法计算出的安全系数偏大,更为保守.     

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。     

高速列车空心车轴全尺寸疲劳试验方法研究

高速列车空心车轴的主要失效方式为疲劳失效,因此疲劳性能是车轴研制和生产中至关重要的考核指标,欧洲EN标准规定了车轴疲劳性能指标和疲劳试验的基本要求。现基于EN标准,研究制定了国内高速空心车轴全尺寸疲劳试验方法,并首次进行了国产车轴的疲劳试验。主要探讨了疲劳试件设计、考核截面位置的确定、以及疲劳载荷计算等问题。同时,分析和研究了EN标准F1轴疲劳性能指标的含义,为F1轴疲劳载荷的确定提供了依据。高速车轴疲劳试验方法的探讨和疲劳试验结果表明,所确定的试验方法及其技术要求是合理可行的。本研究对高速车轴的疲劳试验技术、及制定国内相应试验规范有一定的参考意义和实用价值。     

双层客车车轴疲劳寿命可靠性计算

本文应用疲劳损伤累积理论，讨论了车轴中值疲劳寿命的计算方法，同时按疲劳寿命服从对数正态分布规律，建立了对数寿命与失效概率的分布函数，据此，借助于文献［１］所提供的双层客车车轴载荷（应力）谱，具体计算了双层客车车轴的疲劳寿命及其相应的可靠度，并提出了双层客车车轴额定寿命为１５年的建议。     

高速动车用车轴

随着运行速度的提高，车轴所承受的垂直载荷和水平载荷也相应增加，因此必须十分重视车轴的疲劳设计问题。日本在修订ＪＩＳ（日本工业标准）车轴疲劳设计基准时，得出了车轴运行时的实际作用应力σａ与静态应力σｓｔ之比的最大值与走行速度之间的关系式。按此式计算，新干线高速动车在速度为３００ｋｍ／ｈ时的实际作用应力σａ＝６５ＭＰａ，而经高频淬火处理的新干线动车车轴发生微细疲劳裂纹时的极限应力约为１００ＭＰａ，说明     

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。     

动车组车轴标准研究及其技术发展展望

采用大量新装备的高速动车组近年来在我国获得广泛应用,是铁路客运最为有效的运输工具之一。动车组车轴是动车组走行部中非常重要的部件,承受着源自车体及轨道的各种载荷,其中主要是旋转弯曲载荷和扭转载荷。动车组车轴要保证在所规定的使用条件下,具有足够的安全性、可靠性和长使用寿命,这就对车轴材料相关技术提出了非常高的要求。目前我国各型动车组车轴尚未完全实现国产化,标准也是采用国外的相关标准。本文在仔细对比研究国外成熟的动车组车轴标准基础上,探讨了车轴材质、性能的现状,此外,还对动车组车轴材料相关技术进行了展望。     

双客车轴动载荷分布与疲劳寿命估算

简要介绍了双客车轴动载荷的测试和由“雨流法”数据处理得到的车轴动载荷（动应力）分布，亦称载荷谱。由实测和统计得到的载荷谱，反映了车轴的实际受载情况，因此，以该载荷谱为依据，估算双客车轴在南京－上海区间运用，其疲劳寿命约为２５年（相当运行里程５６０×１０＾４ｋｍ），具有实际参考价值。     

基于Romax刚柔耦合模型的隧道牵引机车用车轴齿轮箱设计

以齿轮传动分析软件Romax为建模平台,借助三维软件Inventor和有限元前处理软件Hypermesh,建立了包含柔性车轴和柔性箱体在内的隧道牵引机车用车轴齿轮箱的刚柔耦合模型。在综合考虑柔性体变形、轴承间隙和齿轮啮合错位的基础上,依据载荷谱进行了齿轮修形设计、齿轮疲劳强度、轴承寿命和箱体静强度及模态的校核计算。计算结果和实际运行情况表明,该刚柔耦合模型用于车轴齿轮箱的设计开发是可行的。     

25.5m空调双层客车车轴疲劳寿命可靠性计算

作者根据四方所提供的载荷谱编制了车轴疲劳寿命可靠性设计的通用计算程序，运用ＩＢＭ－ＰＣ／ＸＴ计算机对２５．５ｍ空调双层客车车轴在１５年使用寿命期内疲劳寿命的可靠度进行了具体计算，其Ｒ值为０．９９２４８４９５２，可供双客的设计，运行和维修部门参考。     

作用于车轴轴承上的载荷推算法

如果能高精度地推算出作用于运行车辆车轴轴承上的载荷,则有可能设计出更合适的车轴轴承及轴箱。作用于运行车辆车轴轴承上的载荷,会在轨道及速度等运行条件的影响下发生改变,但目前尚未能准确地掌握这类载荷。日本铁道综合技术研究所根据作用于车轮上的轮重及轮轨横向力数据,针对实际运行中作用在车辆车轴轴承上的载荷,对其推算方法进行了研究。     

提速客车车轴疲劳载荷谱的试验研究

在全程实测提速客车车轴卸荷槽部位的应力-时间历程的基础上,对其进行雨流计数后,得到其应力谱;利用有限元方法进行载荷计算,进而得到载荷谱;又利用可靠性理论,分析了载荷的分布特征规律。     

车轮车轴疲劳性能测评技术（下）

介绍车轮和车轴疲劳试验内容、试验方法以及偏心共振法、悬臂梁法、拉压法的疲劳试验设备技术特点。在车轮、车轴疲劳性能台架试验验证方法研究中,分析载荷谱台架试验技术,基于车轮疲劳当量应力的车轮通道合并理论和基于车轴当量弯矩轮轨力的车轴通道合并理论,提出基于实测轮轨力-时间历程的车轮和车轴服役载荷谱编制方法。该方法可以用于机车车辆车轮和车轴新产品疲劳可靠性评定、性能验证以及线路服役条件下的性能模拟。为缩短试验周期,提出载荷谱等效强化方法,给出基于线路实测载荷谱的台架试验方法。     

车轮车轴疲劳性能测评技术（上）

介绍车轮和车轴疲劳试验内容、试验方法以及偏心共振法、悬臂梁法、拉压法的疲劳试验设备技术特点。在车轮、车轴疲劳性能台架试验验证方法研究中,分析载荷谱台架试验技术,基于车轮疲劳当量应力的车轮通道合并理论和基于车轴当量弯矩轮轨力的车轴通道合并理论,提出基于实测轮轨力-时间历程的车轮和车轴服役载荷谱编制方法。该方法可以用于机车车辆车轮和车轴新产品疲劳可靠性评定、性能验证以及线路服役条件下的性能模拟。为缩短试验周期,提出载荷谱等效强化方法,给出基于线路实测载荷谱的台架试验方法。     

铁路机车车辆用车轴疲劳强度的研究

机车辆用车轴实物疲劳强度的研究分三个阶段进行。本文介绍的是一阶段的研究成果，在调查了小型试样变载荷疲劳试验结果和新干线电动车车轴实际工作应力的基础上了固定载荷幅值的大型疲劳试验机，并设计了变载荷加载装置，文中列出了该装置的技术规范。     

轴箱布置方式对高速列车车轴承载性能的影响

通过建立轴箱内置和外置的高速列车车轴承载理论模型、有限元模型和车辆系统动力学模型，研究轴箱布置方式对车轴受力状态、应力分布和动荷载的影响。结果表明，轴箱内置的高速列车车轴所承受的最大合成弯矩仅为传统轴箱外置车轴的50%，充分挖掘了轴身的承载潜力，在实现轻量化设计方面有着独特的技术优势。与传统轴箱外置式车轴相比，轴箱内置的方式使得车轴的临界安全截面转移至轴颈两侧的过渡区域。轴箱内置式车轴轮轨垂向力的极限增减动力载荷明显低于传统轴箱外置式车轴，而轮轴横向力的极限增减动力载荷略高于传统轴箱外置式车轴，两者均有利于降低车轴所承受合成弯矩水平。综上得出轴箱内置车轴是一种在高速铁路领域极具应用潜力的新型铁路车轴结构。     

韶山车轴的“疲劳”裂纹和超声波探伤

车轴是机车重要部件之一,它要承受机车所有载荷。车轴裂纹的出现,对行车安全是一个重大的威胁。如果车轴在运行中发生断裂,那将产生不可想像的严重后果。因此,及时发现运行机车车轴的裂纹是保证铁路运输安全的前提。车轴的受力是复杂的,机车在运行中车轴所受到的载荷可认为是随时间而变化的,称之为交变应力。如图1所示。