低溫服役條件下高速動(dòng)車組車輪失效機(jī)理及疲勞可靠性評(píng)價(jià)研究.pdf

1、高速動(dòng)車組車輪是機(jī)車車輛走行部的最重要零件，承擔(dān)著動(dòng)車組重量承載、列車移動(dòng)等功能，是直接關(guān)系著高速動(dòng)車組運(yùn)行安全的關(guān)鍵部件。目前，高速動(dòng)車組列車均裝備了復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)(WSP)，具備防滑功能。但在實(shí)際運(yùn)營中高速動(dòng)車組仍然時(shí)常發(fā)生車輪抱死等故障，致使輪軌間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。低溫服役條件下的輪軌粘著系數(shù)因高速動(dòng)車組需要經(jīng)歷低溫、雨水、結(jié)冰等工況而變小，致使輪軌間的相對(duì)滑動(dòng)更加頻繁。輪軌間的相對(duì)滑動(dòng)會(huì)使車輪產(chǎn)生擦傷，在動(dòng)車組高速運(yùn)行中車輪的擦傷會(huì)引

2、起輪軌沖擊。因此，開展低溫服役條件下高速動(dòng)車組車輪的疲勞可靠性研究具有重要意義。
　　從輪軌相對(duì)滑動(dòng)角度，對(duì)低溫服役服役條件下高速動(dòng)車組車輪的失效機(jī)理進(jìn)行研究。以擦傷型高速動(dòng)車組車輪為研究對(duì)象，采用有限元方法建立輪軌滾動(dòng)和車輪裂紋擴(kuò)展模型，依據(jù)仿真數(shù)據(jù)對(duì)擦傷型車輪進(jìn)行疲勞可靠性分析，具體包括以下幾個(gè)方面:
　　考慮高速動(dòng)車組的車輪通過“滾/碾成型”和“局部熱處理”制造工藝，導(dǎo)致同種材料的輪輻和輪輞結(jié)構(gòu)具有梯度性能特征，其輪輻

3、、輪輞區(qū)域材料的力學(xué)性能不同，故在-40℃低溫條件下，依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)取自車輪輪輻、輪輞區(qū)域的試樣件進(jìn)行拉伸、升降法疲勞極限、成組法概率S-N曲線及疲勞裂紋擴(kuò)展等試驗(yàn)，以便獲取輪輻、輪輞區(qū)域材料在-40℃下的力學(xué)性能參數(shù)，為后續(xù)的車輪疲勞可靠性分析提供模型參數(shù)。
　　建立輪軌滑動(dòng)全耦合熱機(jī)模型，通過有限元仿真研究滑動(dòng)工況下輪軌的溫度/應(yīng)力場分布。結(jié)合材料相變特性劃定輪軌擦傷區(qū)域，分析低溫條件下輪軌微小滑動(dòng)造成擦傷的生成機(jī)理

4、，并計(jì)算了環(huán)境溫度和輪軌摩擦系數(shù)對(duì)車輪擦傷尺寸的影響。
　　建立踏面擦傷型車輪的輪軌滾動(dòng)接觸模型，研究擦傷型車輪擦傷區(qū)域在滾動(dòng)接觸中的應(yīng)力分布，進(jìn)一步確定列車行進(jìn)速度對(duì)車輪最大Mises應(yīng)力的影響。采用Haigh-Goodman曲線分別對(duì)輪輻、輪輞區(qū)域的疲勞強(qiáng)度作出安全評(píng)判，并采用應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型對(duì)輪輻的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行可靠性評(píng)估。
　　利用等效理論將車輪擦傷等效為輪輞表面的橢圓裂紋，建立裂紋擴(kuò)展的有限元模型，計(jì)算獲取裂紋尖端