普速铁路钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生研究和检验

以普速铁路京九线不同曲线半径为研究对象,建立车辆-轨道动力学模型、磨耗和裂纹萌生预测模型;计算60N廓形在不同曲线半径条件下的轮轨接触状态,预测了不同曲线条件下磨耗发展率、裂纹萌生位置与寿命,并与京九线现场观测结果进行对比验证。研究结果表明:随着疲劳损伤的累积,不同曲线半径下钢轨的阶段磨耗发展率呈下降的趋势,其中曲线半径小(600 m)的磨耗发展率降低最快,随着曲线半径的增大,平均磨耗发展率降低趋势减缓;不同曲线半径下钢轨裂纹萌生位置均在钢轨表面以下1～3 mm处,横向位置在距离轨顶中心15～20 mm范围内,曲线半径600 m外轨裂纹萌生寿命大约为2.64×10⁵次,内轨裂纹萌生寿命约为4.86×10⁵次,与现场观测较为符合。     

滑差对贝氏体钢轨材料磨损行为的影响

通过对磨试验研究接触应力相同时贝氏体钢轨的磨损率、表面粗糙度、硬度,并结合扫描电镜观测到的磨损表面和剖面的形貌特征,分析不同滑差条件下贝氏体钢轨的磨损行为特征和变化规律.结果表明:接触应力为500 MPa条件下,贝氏体钢轨磨损率随滑差的增大而显著增大,滑差由2%增大到10%时磨损率增大了8倍;小滑差条件下的贝氏体钢轨表面较光滑,有少量疲劳裂纹,以滚动接触疲劳磨损为主;大滑差条件下表面粗糙,有疲劳裂纹、剥落坑和表面划擦痕迹,更接近滑动磨损;增大滑差可导致磨损表面加工硬化率偏大;增大滑差对贝氏体钢轨表面的滚动接触疲劳裂纹在深度方向的扩展几乎无影响,且对塑性变形层厚度影响不明显;大滑差可引发亚表面次表层裂纹.     

海洋平台结构系统弹塑性整体计算的裂纹柱壳新单元

柱壳是船舶与海洋工程结构物中主要结构构件。由于波浪等载荷的交变作用,疲劳裂纹损伤是这类结构物中一种常见且对安全性危害极大的损伤形式,因此裂纹损伤柱壳的研究一直是一个关注的课题。通常,对于韧性良好的结构物材料,在裂纹扩展前,裂纹前端可能出现较大范围的塑性,其相应的分析称为弹塑性断裂分析。另一方面,裂纹损伤构件在载荷作用下的演变与整体结构系统的关系密切,因此,包含裂纹损伤的结构整体系统计算是必要的,而目前一般的有限元方法由于裂纹存在和非线性的特殊原因,进行这样的计算工作量非常大,因此有必要开发未知量少且能反映弹塑性裂纹影响的新的结构单元。针对周向壁穿裂纹损伤柱壳,利用Sanders弹塑性裂纹解析解,通过增量运算,实现载荷和位移的增量显式表达,建立了弹塑性裂纹的单元增量刚度方程,为裂纹损伤结构系统的整体计算奠定了必要的理论基础。     

纤维混凝土在港口码头工程中的应用

混凝土龟裂是港口工程质量的通病。以常熟兴华港二期工程码头面层施工为例,介绍通过在混凝土中掺入聚丙烯纤维的作用机理和功能,改善混凝土性能的效果。实践表明,该方法在克服面层龟裂方面具有较好的作用。     

基于模态参数的结构损伤定位研究

基于振动学及有限元理论,推导出结构的频率平方的变化比为结构损伤位置的函数。以一光轴为例,先建立光轴裂纹数据库。然后再把测得的数据与数据库对比,相似性最高的为裂纹的位置所在,从而对损伤的位置进行了识别。最后,提出一些建议和有待解决的问题。     

基于ANSYS的钢筋混凝土构件裂缝宽度计算方法

以大型通用有限元计算软件ANSYS为平台,建立了荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度的一种计算方法。采用ANSYS中的Solid 65单元模拟混凝土,Link 8单元模拟钢筋,三维非线性弹簧单元Combine 39模拟钢筋-混凝土界面的粘结滑移关系,将Houde提出的钢筋-混凝土间的粘结滑移本构模型引入ANSYS中以确定Combine 39弹簧单元的荷载-位移关系式。此外,在现有混凝土裂缝宽度计算方法的基础上,推导出适用于有限元分析的裂缝宽度计算公式,并应用ANSYS软件提供的二次开发工具——参数化编程语言(APDL)编制程序,在ANSYS后处理中实现混凝土构件裂缝宽度的计算功能。算例分析表明,与现有方法相比,该方法能更准确地计算各级荷载作用下钢筋混凝土构件的裂缝宽度。     

运用二阶摄动方法预测焊接点疲劳微弯裂纹的路径发展

利用二阶摄动方法分析研究了轻微弯曲疲劳裂纹尖端应力强度因子的变化幅度,进一步得到了在循环载荷下直线裂纹微弯延伸尖端应力强度因子变化幅值的近似表达式.以匹配渐进扩张的形式考虑了远区域边界条件的效果,研究了裂尖附近的渐进应力场.利用Irwin公式计算出了由于裂纹发展而引起的应变能释放率变化幅值.预测了在具有非均匀断裂韧度的物质中裂纹的延伸.考虑了循环载荷、残余应力,以及由于焊接而引起的物质衰变等因素,利用了二阶摄动方法预测了沿着焊接点传播的弹脆性裂纹路径.     

温度及收缩荷载下路基上双块式无砟轨道力学及裂缝特性研究

温度及收缩荷载是双块式无砟轨道的重要荷载.以路基上双块式无砟轨道为研究对象,道床板中钢筋用梁单元模拟,道床板、双块式轨枕、支承层以实体单元模拟,道床板混凝土与钢筋、支承层与路基之间的连接用弹簧单元模拟,建立了考虑混凝土开裂的钢筋与混凝土相互作用有限元力学模型,并编制了相应的计算程序.研究了温度及收缩荷载下路基上双块式无...     

HXD1型机车扫石器支架的优化设计

文章介绍了当前大秦线路上运营的HXD1型机车扫石器支架出现局部疲劳裂纹的情况,并对其产生的原因进行了分析.在分析的基础上提出了优化方案,进行有限元分析,分析结果表明优化后结构强度大于原结构.动力学试验结果表明改进设计的支架动力学性能明显优于原支架,能够满足大秦线重载运输要求.     

制动盘摩擦面热损伤的形成机理分析

热斑、疲劳裂纹和应力开裂是钢铁制动盘摩擦面在服役过程中存在的热损伤现象,是导致疲劳裂纹失效的重要起因。研究摩擦面热损伤的形成机理对于防止制动盘的热损伤失效具有重要意义。采用有限元计算与理论分析相结合的方法,研究了制动盘热斑、裂纹和应力开裂3种热损伤的形成机理、影响因素。重点分析了热斑形成的温度条件和材料的组织变化、裂纹的形成和扩展规律以及5种约束所形成热应力的分布规律。