高速鐵路輪軌滾動(dòng)接觸疲勞裂紋萌生及擴(kuò)展的有限元分析.pdf

1、近年來鐵路運(yùn)輸不斷向高速、重載方向發(fā)展，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。然而高速鐵路運(yùn)輸向科學(xué)研究提出了一系列挑戰(zhàn)，許多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)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(yùn)輸中最復(fù)雜的科學(xué)問題之一。
　　接觸疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展與輪軌接觸應(yīng)力密切相關(guān)，所以求解分析輪軌之間接觸應(yīng)力就成為研究裂紋萌生和擴(kuò)展?fàn)顩r的關(guān)鍵問題。本文采用三維建模軟件Pro/E以車輪和鋼軌實(shí)際的幾何尺寸建立三維實(shí)體模型，運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS

2、建立有限元模型，然后進(jìn)行了計(jì)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(yīng)力的變化，闡述了接觸應(yīng)力的變化對(duì)接觸疲勞裂紋萌生的影響。隨后在原有模型的基礎(chǔ)上，建立了含有裂紋的有限元模型，計(jì)算分析了不同軸重、摩擦系數(shù)和行車速度對(duì)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。
　　計(jì)算分析結(jié)果表明:在針對(duì)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(yīng)力和最大Mises應(yīng)力會(huì)逐漸增大，加劇了塑性變形和塑性流動(dòng)，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(huì)對(duì)法向接觸應(yīng)力和Mises應(yīng)力產(chǎn)生很大影響，但是會(huì)使垂向剪切應(yīng)力和縱向剪切應(yīng)力有增大的趨勢，這個(gè)趨勢也會(huì)加快疲勞裂紋的萌生。在針對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展方面，軸重對(duì)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子影響較大，但是軸重的變化對(duì)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(yīng)力強(qiáng)度因子逐漸增大，加快了疲勞裂紋的擴(kuò)展速率，隨著摩擦系數(shù)的增大裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子會(huì)逐漸減小。這說明鋼軌涂抹潤滑油在減小磨損的同時(shí)，反而會(huì)使應(yīng)力強(qiáng)度因子增