斷裂力學(xué)的含缺陷車軸服役壽命評估方法研究.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，在隨機加載下存在繼續(xù)擴展導(dǎo)致車軸斷裂的風(fēng)險，進而發(fā)生嚴重的行車事故。
　　裂紋屬于強不連續(xù)性問題，在疲勞加載下，裂紋尖端會產(chǎn)生應(yīng)力增大效應(yīng)。當前的車軸設(shè)計仍然采用名義應(yīng)力法，車軸的壽命評估也是基于名義應(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)力集中及其擴展。因此，傳統(tǒng)的材料力

2、學(xué)設(shè)計方法已不能確保含缺陷車軸的安全運行，必須引入基于斷裂力學(xué)的損傷容限設(shè)計方法和思想對缺陷演變特性及服役壽命進行準確評估。為此，本論文開展如下工作:
　　斷裂力學(xué)的損傷容限設(shè)計方法和思想對缺陷演變特性及服役壽命進行準確評估。為此，本論文開展如下工作:
　　(1)深入調(diào)研當前車軸分析評定方法和常見缺陷，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估的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?
　　(2)為了準確獲得壽命評估模型，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、疲勞裂紋擴展速率、裂紋擴展門檻值及斷裂韌性試驗;
　　(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，基于實測的350公里/小時動應(yīng)力譜，計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)力強度因子曲線、擴展速率曲線，并基于實測應(yīng)力譜得到了裂紋擴展的循環(huán)加載數(shù)進而預(yù)測車軸運行壽命;
　　(