斷裂力學(xué)的含缺陷車軸服役壽命評(píng)估方法研究.pdf

1、車軸是高速列車中極為重要的安全部件。由于裝配約束較大，且受載和環(huán)境條件惡劣，配合區(qū)和幾何過渡區(qū)應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，車軸中一旦發(fā)生裂紋等缺陷，在隨機(jī)加載下存在繼續(xù)擴(kuò)展導(dǎo)致車軸斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而發(fā)生嚴(yán)重的行車事故。
　　裂紋屬于強(qiáng)不連續(xù)性問題，在疲勞加載下，裂紋尖端會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力增大效應(yīng)。當(dāng)前的車軸設(shè)計(jì)仍然采用名義應(yīng)力法，車軸的壽命評(píng)估也是基于名義應(yīng)力方法建立在S-N曲線下的疲勞累積損傷，并未考慮裂紋存在導(dǎo)致的應(yīng)力集中及其擴(kuò)展。因此，傳統(tǒng)的材料力

2、學(xué)設(shè)計(jì)方法已不能確保含缺陷車軸的安全運(yùn)行，必須引入基于斷裂力學(xué)的損傷容限設(shè)計(jì)方法和思想對(duì)缺陷演變特性及服役壽命進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。為此，本論文開展如下工作:
　　斷裂力學(xué)的損傷容限設(shè)計(jì)方法和思想對(duì)缺陷演變特性及服役壽命進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。為此，本論文開展如下工作:
　　(1)深入調(diào)研當(dāng)前車軸分析評(píng)定方法和常見缺陷，確定了考慮應(yīng)力比效應(yīng)的NASGRO公式作為缺陷演變壽命評(píng)估的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?
　　(2)為了準(zhǔn)確獲得壽命評(píng)估模型，開展了EA

3、4T車軸小比例試樣的靜載拉伸、低周疲勞本構(gòu)、高周疲勞曲線、疲勞裂紋擴(kuò)展速率、裂紋擴(kuò)展門檻值及斷裂韌性試驗(yàn);
　　(3)建立了空心車軸有限元模型，采用奇異單元法模擬裂紋尖端，基于實(shí)測的350公里/小時(shí)動(dòng)應(yīng)力譜，計(jì)算了考慮壓裝配合的裂紋尖端的應(yīng)力場;
　　(4)根據(jù)擬合得到的NASGRO方程，得到了卸荷槽區(qū)不同深度裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子曲線、擴(kuò)展速率曲線，并基于實(shí)測應(yīng)力譜得到了裂紋擴(kuò)展的循環(huán)加載數(shù)進(jìn)而預(yù)測車軸運(yùn)行壽命;
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