風(fēng)沙對鋼軌激光處理層抗壓、抗沖蝕影響研究

發(fā)布時間：2020-07-26 08:26

【摘要】：高速鐵路在“一帶一路”中扮演著重要的角色,其中蘭新高鐵線是重要的組成部分,鋼軌相當(dāng)于高鐵的“脈絡(luò)”。在服役條件極其惡劣的情況下,蘭新線各路段的鋼軌出現(xiàn)不同形式、不同程度的失效,其中風(fēng)沙沖蝕對鋼軌的損傷最具地域特色。風(fēng)沙沖蝕鋼軌表面形成沖坑,導(dǎo)致鋼軌表面積增大,加速鋼軌損傷,表面粗糙度增加致使鋼軌磨損程度惡化,而現(xiàn)有高鐵路線的研究成果不能被直接套用于該線路。本文針對有、無列車行駛狀態(tài)下分別建立鋼軌模型,改變風(fēng)源速度、風(fēng)吹角度及鋼軌材料類型等變量,對鋼軌的服役狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬,然后對比分析各工況下鋼軌的應(yīng)力應(yīng)變、位移、所受壓力的變化,從而為蘭新線鋼軌的抗壓、抗沖蝕性能提升和制定減緩失效方案提供科學(xué)的參考依據(jù)。在前期的蘭新線鋼軌實(shí)驗小組中已經(jīng)做了相關(guān)的實(shí)驗研究~([22,76]),得到了激光熔凝和激光熔覆最優(yōu)工藝參數(shù)。本文主要通過軟件模擬鋼軌的激光處理層的抗壓、抗沖蝕性能變化。處理后鋼軌材料的彈性模量、泊松比、密度均有改變且其數(shù)值無處可查,本文通過固體材料動態(tài)彈性模量測試儀得到這些數(shù)據(jù),為模擬順利進(jìn)行做好前期準(zhǔn)備。本文主要研究中心是數(shù)值模擬部分。對比分析鋼軌在風(fēng)沙環(huán)境下,沙粒速度、應(yīng)力、應(yīng)變、位移、壓力、湍動能隨著風(fēng)速、角度不同的變化情況。得出結(jié)論:(1)經(jīng)激光熔凝和激光熔覆技術(shù)處理后,原始材料的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、微觀組織等發(fā)生變化,使得材料的彈性模量與原始鋼軌彈性模量相比有所不同。經(jīng)測得,三種經(jīng)激光技術(shù)處理后的材料的彈性模量值有所變化。對比材料的泊松比值,經(jīng)激光處理后材料的泊松比值均小于原材料泊松比。其中熔覆1材料的微觀組織主要以長枝狀晶體和板條狀馬氏體為主,微觀組織相對粗糙,單位橫縱應(yīng)變變化最明顯,與原鋼軌差別最大。(2)經(jīng)數(shù)值模擬分析得出:無列車行駛的狀態(tài)下,工況在風(fēng)吹角度θ=45°、風(fēng)速40m/s時,鋼軌受風(fēng)沙沖蝕影響最嚴(yán)重。這個結(jié)論與文獻(xiàn)~([96])中實(shí)驗獲得的結(jié)論“對于母材,沖蝕角度對沖蝕率的影響較大”相符合。(3)在數(shù)值模擬準(zhǔn)確度較高的情況下,進(jìn)一步模擬了列車駛過鋼軌的瞬間狀態(tài),結(jié)果顯示鋼軌損傷最嚴(yán)重發(fā)生在風(fēng)吹角度θ=45°、風(fēng)速40m/s的工況下。經(jīng)對比分析,改變風(fēng)速對鋼軌的作用效果比改變風(fēng)吹角度對鋼軌的作用效果更加明顯。(4)在對比分析角度改變、風(fēng)速改變、材料類型改變?nèi)N變量中,通過激光表面處理技術(shù)得到的材料類型的改變對鋼軌受力狀態(tài)的影響最大。經(jīng)過激光處理后的三種試件在模擬環(huán)境中表現(xiàn)出的性能差異較大,材料類型改變比風(fēng)速或角度變化的作用效果明顯。(5)在風(fēng)吹角度和風(fēng)速變化時,風(fēng)沙對鋼軌沖蝕的最嚴(yán)重情況發(fā)生在風(fēng)吹角度為45°、風(fēng)速為40m/s的情況下,這一模擬結(jié)果與實(shí)驗結(jié)果~([76,96])吻合。
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4
【圖文】：

絲綢之路