動車組車輪輪輞疲勞壽命及可靠性靈敏度分析.pdf

1、車輪是列車轉向架系統(tǒng)最重要的組成部分，也是列車服役條件最苛刻的部件，是關系列車運行安全的重要構件。隨著列車運行速度的提高，對車輪的安全性、可靠性提出了更大挑戰(zhàn)。分析高速動車組車輪的失效機理、評價在役車輪安全性，對于保證列車運行安全具有十分重要的意義。
　　本文圍繞車輪服役過程中的典型失效形式（輞裂），對動車組車輪疲勞壽命及可靠性靈敏度問題展開研究，具體內容如下：
　　首先，考慮輪軌接觸的彈塑性問題，分析了輪軌接觸區(qū)附近輪輞的

2、應力應變狀態(tài)。通過輪軌接觸的彈塑性有限元分析，得知輪軌接觸表面及其附近輪輞內部存在應力集中，且應力值大于輪輞材料的屈服極限，應力集中區(qū)產生了一定的塑性變形，塑性變形最大的位置在輪輞內部，因此該位置附近容易產生輞裂。
　　其次，對直道、彎道和道岔工況的動車組車輪疲勞壽命進行了估計。根據相關標準，確定了車輪運行過程中的載荷工況，進而編制了車輪在不同工況下的載荷譜。借助有限元軟件獲得了輪輞危險部位的應力譜，結合輪輞材料的S-N曲線和Mi

3、ner法則估計了不同工況下輪輞的疲勞壽命。結果表明道岔工況對輪輞壽命影響較為嚴重，而直道和彎道工況的影響相對較小。
　　然后，分析了夾雜物的類型、分布位置、大小和聚集狀態(tài)對輪輞局部應力和裂紋形核的影響規(guī)律。通過比較硬質夾雜物 AL2O3和軟質夾雜物 MnS在不同大小和位置時對輪輞局部應力的影響，得知夾雜物的類型、分布位置和大小均對輪輞局部應力產生影響，在夾雜物附件產生應力集中，由應力集中引發(fā)的夾雜物本身破裂或夾雜物周圍輪輞基體產生

4、的滑移帶和空穴是疲勞裂紋成核的主要過程，疲勞裂紋會在此基礎上形成并不斷擴展，直至輪輞破裂失效。
　　最后，分析了夾雜物的分布位置、材料屬性和形狀大小對輪輞可靠性的影響程度。運用Monte Carlo可靠性分析方法，以足夠的樣本數目為保障，對含夾雜物的車輪輪輞的可靠性靈敏度進行分析，得知輪輞可靠性受夾雜物位置的影響最大，其次是夾雜物材料屬性，而夾雜物大小對其影響較小。
　　本文的研究內容可為進一步建立動車組車輪的可靠性評價模型