基于聲發(fā)射技術(shù)的輪軸疲勞裂紋擴展規(guī)律研究.pdf

1、作為高鐵車輛行走部件的輪軸，在運行中會受到路譜、振動與沖擊、摩擦力和慣性力等力的作用，容易出現(xiàn)各種損傷，主要失效形式是疲勞損傷，其表現(xiàn)形式主要是疲勞裂紋。為保證高速鐵路的行車安全，需對其輪軸的疲勞裂紋擴展過程進行理論與實驗研究。目前，輪軸疲勞裂紋的研究依然局限于磁粉檢測和超聲波檢測這兩種傳統(tǒng)的實驗研究方法，因為不能準確地描述輪軸疲勞裂紋的萌生和擴展規(guī)律，所以它們都不能有效地指導裂紋的機理性研究，為輪軸的抗疲勞設(shè)計提供理論依據(jù)。因此，能夠

2、反映輪軸疲勞裂紋的萌生和擴展規(guī)律，并指導裂紋機理性研究的輪軸疲勞裂紋檢測技術(shù)，成為確保輪軸安全可靠運行的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　本文采用基于聲發(fā)射原理的無損檢測方法，以日本引進的CRH2-S38C輪軸結(jié)構(gòu)為研究對象，進行輪軸過盈配合的接觸變形分析，完成測試建模;通過對疲勞裂紋AE信號的提取，提出基于AE表征參數(shù)的輪軸疲勞裂紋擴展分析方法;借助疲勞裂紋損傷理論，研究聲發(fā)射表征參數(shù)與輪軸疲勞強度模型之間的關(guān)系，進行輪軸疲勞剩余強度預測的研

3、究。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用彈性力學中的解析法以及有限元法對輪軸接觸面進行力學分析，計算輪軸的接觸應(yīng)力。由于彈性力學解析法采用的是平面應(yīng)變問題的計算方法，并不能夠真正考慮到邊緣效應(yīng)，通過軸對稱的有限元分析方法，進一步分析輪座的接觸應(yīng)力及應(yīng)力變化，為后期輪軸疲勞裂紋實驗模型的建立及測試點的選擇提供理論依據(jù)。
　　(2)根據(jù)金屬裂紋的聲發(fā)射特點，進行輪軸疲勞裂紋測試方法的研究;結(jié)合聲發(fā)射測試系統(tǒng)，確定實驗方案，完成傳感

4、器、其他實驗設(shè)備的選型以及測試系統(tǒng)的集成等工作。再結(jié)合ANSYS應(yīng)力云圖，進行測試模型及其測試點數(shù)選擇的研究，建立測試模型;在青島四方股份工程實驗中心的疲勞實驗臺上進行輪軸疲勞裂紋擴展行為的實驗研究，完成AE實驗數(shù)據(jù)的采集。
　　(3)分析實驗數(shù)據(jù)，針對輪軸疲勞裂紋的聲發(fā)射特點，進行表征裂紋的AE參數(shù)提取方法的研究，使其能夠反映輪軸疲勞裂紋的萌生和擴展規(guī)律。
　　(4)將AE參數(shù)模型與疲勞損傷模型相結(jié)合，得出基于AE參數(shù)描述