鑄造孔洞對轍叉用高錳鋼局域循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變行為的影響.pdf

1、鐵路運輸是國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱，而在鐵路軌道中有90％的轍叉選用的是整鑄型高錳鋼。在實際服役過程中，轍叉承受車輪的反復(fù)滾壓、撞擊，在鑄造孔洞處出現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變集中現(xiàn)象，最終導(dǎo)致轍叉發(fā)生破壞失效，影響轍叉的使用壽命。因此研究疲勞加載下孔洞周圍的局域循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變行為，對于預(yù)防和避免工程構(gòu)件的疲勞破壞問題以及保障人民的生命財產(chǎn)安全具有重要的意義。
　　根據(jù)低周疲勞實驗數(shù)據(jù)，通過MATLAB軟件進行非線性擬合，得到了包含包申格效應(yīng)和循環(huán)硬化效應(yīng)

2、的Chaboche模型循環(huán)變形參數(shù)。利用同步輻射X射線CT技術(shù)，并結(jié)合VGstudio軟件提取三維實際鑄造孔洞形貌，應(yīng)用基于三維畫像的有限元方法研究了單一實際孔洞處的局域循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變行為，并與理想球形及橢球形孔洞的應(yīng)力應(yīng)變行為進行了對比。然后，進一步建立了多孔洞模型和雙孔洞模型，分析了孔洞聚集體的局域循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變行為以及孔洞變形場之間的相互作用。最后，應(yīng)用畫像基有限元方法研究了孔洞對實際轍叉應(yīng)力應(yīng)變行為的影響。
　　計算結(jié)果表明，

3、對于單孔洞、多孔洞和雙孔洞模型，在第一周循環(huán)加載的不同階段，應(yīng)力應(yīng)變都集中分布在孔洞的周圍。即使當(dāng)外部施加的應(yīng)變降低到零，孔洞周圍仍然存在局域殘余應(yīng)力應(yīng)變集中。隨著循環(huán)加載的繼續(xù)進行，殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變也在逐步增加。此外，在多孔洞情況下，在循環(huán)加載的各階段，所研究孔洞處局域應(yīng)力/應(yīng)變比單一孔洞時的應(yīng)力/應(yīng)變要低，說明多孔洞模型中的其它孔洞對該研究孔洞起到了應(yīng)力屏蔽或配分的作用。基于雙孔洞模型的計算結(jié)果表明，當(dāng)孔洞尺寸增加而孔洞相對間距不

4、變、或孔洞尺寸不變但相對間距減小時，孔洞之間的應(yīng)力/應(yīng)變場得到疊加和增強，即鄰近孔洞對研究孔洞起到應(yīng)力/應(yīng)變放大的作用。
　　基于含孔洞實際轍叉模型的計算結(jié)果表明，孔洞形貌、方位及深度均影響轍叉局域應(yīng)力應(yīng)變分布。含實際復(fù)雜孔洞比含理想球形孔洞轍叉的應(yīng)力/應(yīng)變集中程度更大。當(dāng)長條形不規(guī)則孔洞水平放置時，轍叉應(yīng)力應(yīng)變集中程度最大，傾斜放置時次之，豎直放置時最小。此外，隨著轍叉踏面下方孔洞深度的逐步增加，轍叉應(yīng)力/應(yīng)變集中程度也隨之逐漸