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。     

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     

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。     

货车RD2车轴应力谱研究

通过建立C64K提速货车系统的非线性动力学模型 ,仿真货车在典型线路上的运行 ,获取作用于轮轴上的随机载荷谱。引入车轴材料的非线性本构关系 ,进行轮轴的有限元分析 ,得到车轴关键部位的应力时间历程 ,以得到车轴危险截面在典型工况的不同存活率和不同置信度下的概率疲劳应力谱 ,为进行货车RD2 车轴疲劳寿命的预测及安全评估提供依据。     

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。     

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。     

轮对车轴的计算方法

随着铁道车辆车轴载荷的不断增大和高速列车运行里程的不断增加，断轴的事故常有发生。文章介绍了如何设定和计算车轴的安全系数和应许值。在设计和计算时必须考虑运行工况下所产生的几个方面的动载荷。详细阐述了负荷的计算方法。     

车轴疲劳裂,断的宏,微观特征和裂纹车轴的寿命预测

本文在系统研究典型组合条件下的模拟试样断口和对实物断轴进行全面失效分析的基础上，提出了铁路车轴疲劳断口的特征和以上述特征为判据进行失效分析的思路。讨论了在谱载荷下近门槛区的裂纹扩展特性，以及谱载荷下影响轮座压装部裂纹扩展剩余寿命的主要因素和它们相关的系列值，最后简述了防止车轴断裂的主要措施。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于ANSYS/FE-SAFE的高速动车组非动力车轴疲劳寿命分析

以CRH380B型高速动车组的非动力车轴为研究对象,开展高速动车组非动力车轴的疲劳寿命预测分析。采用有限元分析软件ANSYS建立轮对有限元模型,进行车轴危险截面处的应力分析;采用动力学仿真软件SIMPACK建立高速动车组整车模型,分析车轴垂向和横向载荷随时间的变化情况;采用疲劳累计损伤理论,以车轴的应力和载荷谱为输入,基于疲劳寿命专用仿真软件FE-SAFE对车轴进行疲劳寿命分析。结果表明:非动力车轴轮座内侧的过渡圆弧处为最大应力部位和危险部位,最大应力为122.01 MPa,疲劳寿命约为28.6a,均满足车轴静强度和设计寿命的要求。     

120km／h重载货车摇枕载荷谱最大载荷的统计推断研究

高速铁路货车在实际运行中最大载荷虽然极少出现，但会引起零部件较大的损伤，对其疲劳强度有较大影响。由于实际测试样本有限，最大载荷不一定能实测得到。为了使编制出的载荷谱能够全面反映摇枕的载荷分布特征，对实测的载荷谱进行统计分析，确定可能出现的最大值。采用线性相关系数为目标函数的优化算法，对实测摇枕载荷的理论分布进行了统计拟合，然后利用概率计算的方法求出了相应的最大载荷。     

基于实测载荷谱的货车转向架摇枕疲劳寿命分析

通过在大秦线上进行实际运行测试，得到转K6型转向架摇枕的实测心盘和旁承载荷，分析了栽荷的典型特征并建立了相应的载荷谱。通过对转K6摇枕进行三维实体建模和有限元应力分析，按准静态法得到实测载荷谱下摇枕各处的应力谱，结合摇枕B＋级铸钢的S—N曲线，得出了该摇枕在不同疲劳降低系数下的疲劳寿命。     

车轴轴端三螺孔位置度量规的位置度算法研究

JJF （铁总） 002—2017《车轴轴端三螺孔位置度量规校准规范》中，规定了车轴轴端三螺孔位置度量规位置度（以下简称“量规位置度”）的测量方法和计量性能要求，但未明确不同情况下计算量规位置度的具体过程和步骤，以及量规位置度符合最小条件的测量结果。通过归纳、总结JJF （铁总）002—2017中的测量方法，形成系统、规范的计算方法，提出最小二乘法和最优解算法2种计算量规位置度的方法。以RE3型车轴轴端三螺孔位置度量规为例，采用3种方法计算量规位置度。计算结果显示，依据JJF （铁总） 002—2017中的计算方法的计算结果最大，最小二乘法的计算结果次之，最优解算法的计算结果最小。实际应用证明，最优解算法计算得到的结果最优。     

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。     

高速列车制动盘的温度场、热应力场的数值模拟

以300 km/h高速列车的车轴制动盘为研究对象,利用ANSYS建立循环对称的三维模型,讨论了载荷的施加方式;通过计算得到其各个时刻的温度场,从而得到制动盘温度变化的情况;由温度场继续计算,得到了热应力场.