重載鐵路鋼軌焊縫不平順對扣件彈條動態(tài)應力的影響分析.pdf

1、鋼軌扣件是軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其作用是固定鋼軌正確位置，阻止鋼軌橫向、縱向位移，承受和傳遞列車縱向、垂向及橫向作用力，并給軌道提供一定的彈性。近年來，貨運列車軸重、行車密度、行車速度以及牽引總重量不斷提升，鐵路線路荷載條件越來越惡劣，導致軌道結(jié)構(gòu)損傷和破壞問題更加突出。其中，鋼軌焊縫不平順引起的扣件彈條疲勞損傷甚至折斷現(xiàn)象較為普遍。在此背景下，本文針對重載鐵路上廣泛使用的彈條Ⅱ型扣件，綜合運用有限元法和車輛—軌道耦合動力學方法，開展

2、了彈條動應力與疲勞壽命分析。
　　采用非線性接觸理論，建立包括平墊圈、彈條、軌距擋塊以及擋板座的詳細有限元分析模型。利用該模型研究了扣件彈條在不同螺栓預壓力作用下的力學性能，重點分析了扣件系統(tǒng)安裝到位后彈條表面等效應力分布以及最大應力處橫截面的應力變化情況。結(jié)果表明，當螺栓預壓力達到25kN時扣件系統(tǒng)安裝到位，彈條扣壓力為10.2kN、彈程為10.7mm，符合彈條Ⅱ型扣件設計的要求;在彈條后彎肢處深度約為0.4mm的表層發(fā)生了輕微

3、塑性屈服，這與工程實際基本一致，表明本文建立的有限元分析模型能夠較準確地模擬扣件彈條應力應變狀態(tài)。
　　運用車輛軌道—耦合動力學理論方法計算得到焊縫不平順激擾下扣件系統(tǒng)動荷載，分析了扣件彈條動態(tài)應力和垂向振動位移響應。結(jié)果表明，在理想平順線路條件下，車速對彈條動態(tài)應力及垂向振動位移基本沒有影響，其變化幅值的大小主要由軸重決定;當存在焊縫不平順時，彈條動態(tài)應力和垂向振動位移幅值均隨軸重和車速的提高而增大;輪對通過焊縫不平順瞬間，彈條

4、等效應力和垂向振動位移隨軸重變化不大，隨車速提高快速增大。在相同波深條件下，彈條等效應力和垂向振動位移幅值以及突變值隨波長減小呈快速增大，特別是當波長小于0.2m以后，彈條動力響應急劇增大;在相同波長條件下，彈條等效應力和垂向振動位移變化幅值以及輪對通過焊縫不平順瞬間的突變值均隨波深增加呈線性增大。
　　基于扣件彈條靜力學和動力學計算結(jié)果，分析了扣件彈條在恒幅載荷和焊縫不平順激擾下的疲勞壽命。結(jié)果表明，在疲勞試驗標準給出的載荷工況