CRH5型動(dòng)車組輪軌滾動(dòng)接觸行為及疲勞壽命研究.pdf

1、本研究采用大型有限元模擬分析軟件ABAQUS對輪軌在實(shí)際工況下的運(yùn)行進(jìn)行仿真模擬，結(jié)合滾動(dòng)接觸理論，分析不同軸重梯度、濕滑條件下不同摩擦系數(shù)以及不同驅(qū)動(dòng)扭矩下輪軌滾動(dòng)接觸接觸區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，得出軸重、各潤濕條件下摩擦系數(shù)、扭矩對輪軌滾動(dòng)接觸行為的影響規(guī)律；基于滾動(dòng)接觸疲勞強(qiáng)度理論，采用S-N曲線折減法和疲勞分析軟件Fe-safe對車輪滾動(dòng)接觸疲勞壽命進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果表明，隨著軸重載荷的增加，輪軌接觸部位等效應(yīng)力、輪軌橫截面剪切應(yīng)力、

2、輪軌接觸區(qū)域的真應(yīng)變和剪應(yīng)變均增大，車輪所受等效應(yīng)力隨距表深度的增加而減小，最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在距表深度為1-10 mm范圍，而鋼軌則呈先緩慢增大后持續(xù)減小，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在距表深度12 mm左右，最大真應(yīng)變出現(xiàn)的位置并不隨軸重的變化而轉(zhuǎn)移，此位置在輪軌接觸區(qū)域車輪深度方向15-20 mm范圍；隨著濕滑條件下摩擦系數(shù)的增大，輪軌接觸區(qū)域最大Mises應(yīng)力呈非線性變化，輪軌間的垂向力則隨摩擦系數(shù)的增大緩慢增大，輪軌接觸區(qū)域的最大橫向、垂向、

3、縱向剪切應(yīng)力均隨摩擦系數(shù)的增大而增大，不同的是最大垂向、縱向剪切應(yīng)力值明顯大于最大橫向剪切應(yīng)力，同時(shí)最大垂向、縱向剪應(yīng)力產(chǎn)生的位置會(huì)隨著摩擦系數(shù)的增大不斷向表面擴(kuò)展，這也解釋了輪軌次表面受力大，但在表面易出現(xiàn)磨損、起裂現(xiàn)象的原因；驅(qū)動(dòng)扭矩的變化對輪軌滾動(dòng)接觸區(qū)域的最大Mises應(yīng)力、最大橫向剪切應(yīng)力及其分布不產(chǎn)生影響，最大縱向剪切應(yīng)力隨扭矩的增大而增大，且呈現(xiàn)出向輪軌接觸面移動(dòng)的態(tài)勢。通過S-N折減法計(jì)算出：不同軸重下的車輪壽命在6×1

4、07次至9×107次循環(huán)范圍，行駛距離均滿足三級以上檢修周期要求，濕滑條件不同摩擦系數(shù)對應(yīng)的車輪壽命在6×109次至8.9×109次循環(huán)內(nèi)，屬于超高周疲勞，行駛距離達(dá)到四級107km檢修要求，同時(shí)解釋了潤滑對提高輪軌滾動(dòng)接觸疲勞壽命的重要性；用Fe-safe疲勞分析軟件計(jì)算疲勞壽命，并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，得到不同軸重下輪軌疲勞壽命在6.43×107次至8.10×107次循環(huán)范圍，屬于高周疲勞，理論行駛距離滿足三級106 km檢修要求，數(shù)