地铁扣件弹条失效分析及结构阻尼优化

为研究弹条断裂失效原因，以地铁常见DI弹条为研究对象，分析和总结断裂DI弹条材料宏观及微观特征，初步发现伤损弹条裂纹源区凹凸不平，存在表面缺陷。建立扣件弹条及铁垫板有限元简化模型，分析弹条中肢与扣件铁垫板不同安装深度对弹条强度的影响，发现非正常安装2 mm以上弹条中趾接触位置出现接触应力集中斑，且超过正常安装深度4 mm时应力急剧增大。通过对DI弹条自由、安装下试验模态参数识别，首次得到弹条中肢相对于扣件铁垫板不同安装深度下模态参数特征，弹条模态仿真结果与试验结果对比误差在3%以内。借助行车条件下弹条模态特征及钢轨波磨测试分析结果，揭示DI弹条中肢在超过正常安装深度2 mm以上其安装模态频率与钢轨磨耗激励频率范围(462～668 Hz)基本吻合，导致在周期性强迫振动激励作用下发生共振失效的机理。基于DI弹条断裂失效机理，以“远离激励频带、减小振动幅值及保证互换安装”为改进目标，对弹条进行结构阻尼优化。相对原DI弹条参数特征，优化结果显示，阻尼弹条强度满足材料要求，且疲劳寿命提高4.86倍；阻尼弹条安装模态频率先减小后增大，成功避开钢轨波磨激励频率范围；阻尼弹条主峰值频率幅值下降8.4%...