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

1、作為高鐵車輛行走部件的輪軸，在運(yùn)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(kuò)展過程進(jìn)行理論與實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)研究方法，因?yàn)椴荒軠?zhǔn)確地描述輪軸疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展規(guī)律，所以它們都不能有效地指導(dǎo)裂紋的機(jī)理性研究，為輪軸的抗疲勞設(shè)計(jì)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(kuò)展規(guī)律，并指導(dǎo)裂紋機(jī)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(yùn)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(jìn)的CRH2-S38C輪軸結(jié)構(gòu)為研究對象，進(jìn)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(kuò)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(qiáng)度模型之間的關(guān)系，進(jìn)行輪軸疲勞剩余強(qiáng)度預(yù)測的研

3、究。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用彈性力學(xué)中的解析法以及有限元法對輪軸接觸面進(jìn)行力學(xué)分析，計(jì)算輪軸的接觸應(yīng)力。由于彈性力學(xué)解析法采用的是平面應(yīng)變問題的計(jì)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(jìn)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(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⒓皽y試點(diǎn)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(diǎn)，進(jìn)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(shí)驗(yàn)方案，完成傳感

4、器、其他實(shí)驗(yàn)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(jìn)行測試模型及其測試點(diǎn)數(shù)選擇的研究，建立測試模型;在青島四方股份工程實(shí)驗(yàn)中心的疲勞實(shí)驗(yàn)臺上進(jìn)行輪軸疲勞裂紋擴(kuò)展行為的實(shí)驗(yàn)研究，完成AE實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。
　　(3)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對輪軸疲勞裂紋的聲發(fā)射特點(diǎn)，進(jìn)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(kuò)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