高速鐵路輪軌滾動接觸疲勞裂紋萌生及擴展的有限元分析.pdf

1、近年來鐵路運輸不斷向高速、重載方向發(fā)展，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。然而高速鐵路運輸向科學研究提出了一系列挑戰(zhàn)，許多關鍵科學技術問題急需解決，其中輪軌接觸疲勞裂紋傷損問題就是鐵路運輸中最復雜的科學問題之一。
　　接觸疲勞裂紋的萌生和擴展與輪軌接觸應力密切相關，所以求解分析輪軌之間接觸應力就成為研究裂紋萌生和擴展狀況的關鍵問題。本文采用三維建模軟件Pro/E以車輪和鋼軌實際的幾何尺寸建立三維實體模型，運用有限元分析軟件ANSYS

2、建立有限元模型，然后進行了計算分析。首先研究了在不同軸重，摩擦系數(shù)和牽引力矩下輪軌接觸應力的變化，闡述了接觸應力的變化對接觸疲勞裂紋萌生的影響。隨后在原有模型的基礎上，建立了含有裂紋的有限元模型，計算分析了不同軸重、摩擦系數(shù)和行車速度對裂紋尖端應力強度因子的影響。
　　計算分析結果表明:在針對疲勞裂紋萌生方面，隨著軸重和牽引力矩的增加，輪軌接觸剪切應力和最大Mises應力會逐漸增大，加劇了塑性變形和塑性流動，加快了疲勞裂紋的萌生速

3、度;摩擦系數(shù)的增加基本不會對法向接觸應力和Mises應力產(chǎn)生很大影響，但是會使垂向剪切應力和縱向剪切應力有增大的趨勢，這個趨勢也會加快疲勞裂紋的萌生。在針對疲勞裂紋擴展方面，軸重對裂紋尖端應力強度因子影響較大，但是軸重的變化對三種類型裂紋的變化有不是十分明顯的影響，隨著行車速度增大應力強度因子逐漸增大，加快了疲勞裂紋的擴展速率，隨著摩擦系數(shù)的增大裂紋尖端應力強度因子會逐漸減小。這說明鋼軌涂抹潤滑油在減小磨損的同時，反而會使應力強度因子增