貨車(chē)車(chē)輪輻板孔裂紋形成原因及疲勞擴(kuò)展特性研究.pdf

1、目前，大約有20﹪(約70萬(wàn)片)的840D貨車(chē)車(chē)輪出現(xiàn)輻板孔裂紋，并且呈上升趨勢(shì)，對(duì)鐵路運(yùn)輸安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。當(dāng)前迫切需要了解840D車(chē)輪輻板孔疲勞裂紋的成因及繼續(xù)使用的安全性問(wèn)題。本論文以840D貨車(chē)車(chē)輪為研究對(duì)象，研究了車(chē)輪輻板孔裂紋的形成條件、擴(kuò)展條件、裂紋擴(kuò)展規(guī)律及其剩余壽命，揭示了車(chē)輪輻板孔裂紋形成及擴(kuò)展機(jī)理，對(duì)科學(xué)地制定輻板孔裂紋車(chē)輪的檢修周期與管理方法具有重要的指導(dǎo)意義。 本論文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作：

2、 1.根據(jù)大量車(chē)輪輻板孔裂紋調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析貨車(chē)車(chē)輪輻板孔裂紋的形式和尺寸分布，得出裂紋率與輪輞厚度、使用時(shí)間、輻板孔位之間的關(guān)系，以確定研究輻板孔裂紋形成與擴(kuò)展應(yīng)該考慮的車(chē)輪幾何因素。 2.選取典型輻板孔裂紋車(chē)輪進(jìn)行輻板材質(zhì)的機(jī)械性能、硬度及化學(xué)成分檢驗(yàn)，以確定輻板材質(zhì)是否存在缺陷；借助金相、掃描電鏡、能譜分析等手段，對(duì)裂紋斷口宏觀、微觀形貌及金相特征進(jìn)行分析，確定裂紋性質(zhì)、裂紋源位置、裂紋走向及裂紋前沿的形狀變化規(guī)

3、律等，為進(jìn)一步分析裂紋形成原因及擴(kuò)展規(guī)律奠定基礎(chǔ)。 3.基于UIC510-3標(biāo)準(zhǔn)，確定機(jī)械載荷下車(chē)輪的邊界條件，通過(guò)摩擦功率法確定制動(dòng)過(guò)程中的熱量輸入；采用有限元方法，分別對(duì)輻板孔邊在機(jī)械載荷作用下的應(yīng)力場(chǎng)、典型制動(dòng)熱負(fù)荷下的溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，分析輻板孔偏向輪輞和踏面磨耗對(duì)溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的影響，為進(jìn)行輻板孔疲勞強(qiáng)度評(píng)定和壽命預(yù)測(cè)提供載荷條件。 4.利用Haigh-Goodman疲勞極限線(xiàn)圖評(píng)價(jià)機(jī)械載荷下輻板孔

4、的疲勞強(qiáng)度；采用Goodman方程，將制動(dòng)熱負(fù)荷產(chǎn)生的零.拉脈動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)化為對(duì)稱(chēng)循環(huán)，根據(jù)輻板孔的S-N曲線(xiàn)評(píng)價(jià)制動(dòng)熱負(fù)荷下的疲勞強(qiáng)度；提出機(jī)械載荷和制動(dòng)熱負(fù)荷組合作用下的應(yīng)力疊加方法，由此應(yīng)力疊加方法分析制動(dòng)熱應(yīng)力和機(jī)械波動(dòng)應(yīng)力的綜合作用效果；采用名義應(yīng)力法和Miner法則建立輻板孔裂紋形成壽命預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)機(jī)械載荷與制動(dòng)熱負(fù)荷組合作用下輻板孔裂紋壽命，用來(lái)評(píng)價(jià)兩種載荷組合作用下車(chē)輪輻板孔的疲勞強(qiáng)度。 5.利用局部應(yīng)力應(yīng)變法Ne

5、uber準(zhǔn)則，采用Morrow方程考慮平均應(yīng)力的影響，建立輻板孔裂紋萌生壽命的預(yù)測(cè)模型，估算機(jī)械載荷譜與制動(dòng)熱負(fù)荷譜組合作用下輻板孔裂紋的萌生壽命，分析踏面磨耗和輻板孔偏向輪輞對(duì)萌生壽命的影響以及促使輻板孔裂紋形成的載荷因素。 6.采用1/4節(jié)點(diǎn)位移法及子模型技術(shù)，建立車(chē)輪輻板孔裂紋的三維有限元模型，分析不同載荷作用下應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化規(guī)律及輻板孔偏向輪輞和踏面磨耗對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響，為研究輻板孔疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律及預(yù)測(cè)剩余壽命