發(fā)布時間：2020-07-19 10:43

【摘要】：高速列車輪軸系統(tǒng)中的軸裝制動盤與車軸通過高強(qiáng)度螺栓間接連接。螺栓在運(yùn)用過程中會出現(xiàn)彎曲載荷,曾出現(xiàn)導(dǎo)致制動盤螺栓斷裂失效的情況。為此,研究螺栓彎曲疲勞強(qiáng)度對完善疲勞測試體系,提高我國動車組運(yùn)行的安全性具有重要意義。本文選取了我國高速列車動車組線路實(shí)測數(shù)據(jù),通過螺栓彎曲疲勞試驗(yàn)確定螺栓彎曲疲勞強(qiáng)度參數(shù),以評估制動盤螺栓的可靠性。首先,通過分析制動盤螺栓受載過程中的實(shí)際工況,結(jié)合ABAQUS仿真結(jié)果,設(shè)計(jì)出可以基于MTS疲勞試驗(yàn)機(jī),實(shí)現(xiàn)純彎曲加載的螺栓試驗(yàn)工裝。為保證工裝耐久性要求,部分材質(zhì)選用40Cr,并進(jìn)行熱處理。試驗(yàn)所用螺栓為M14×140的10.9級高強(qiáng)螺栓,并選取三個測量截面布置應(yīng)變片,連接至EDaQ動態(tài)采集儀進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)收集。試驗(yàn)所用設(shè)備為MTS810疲勞試驗(yàn)機(jī),采用位移加載方式。實(shí)驗(yàn)表明測點(diǎn)的應(yīng)變波形為正弦曲線,其幅值隨距螺栓頭部的距離增大而減小。基于ncode軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到不同測量截面的應(yīng)力幅度及循環(huán)次數(shù)。應(yīng)力數(shù)據(jù)表明彎曲應(yīng)力是拉伸應(yīng)力的十倍以上;同一螺栓不同測量截面應(yīng)力幅度與距螺栓頭部的距離負(fù)相關(guān),其關(guān)系式滿足梁理論方程。計(jì)算出螺栓斷裂處應(yīng)力,結(jié)合循環(huán)次數(shù)繪制螺栓彎曲疲勞的S-N曲線,確定制動盤螺栓的彎曲疲勞強(qiáng)度。并將所得參數(shù)用于高速列車線路實(shí)測數(shù)據(jù),基于ncode軟件,完成制動盤螺栓的可靠性的評估。圖48幅,表15個,參考文獻(xiàn)41篇。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O346.2;U270.33
【圖文】：

動盤螺栓斷裂的現(xiàn)象。通過分析制動盤螺栓斷口照片可以發(fā)現(xiàn)，螺栓的斷裂往往逡逑并不是簡單過載或單一載荷作用所導(dǎo)致的，斷口的方向等暴露出螺栓運(yùn)用過程中逡逑存在著復(fù)雜的載荷交變作用，螺栓斷口照片如圖１－１所示。逡逑斷口逡逑－％，逡逑ａ）邐ｂ）逡逑圖１－１制動盤螺栓斷口照片ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｂｒａｋｅ邋ｄｉｓｃ邋ｂｏｌｔ邋ｆｒａｃｔｕｒｅ逡逑１．２國內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑１．２．１螺栓緊固件疲勞強(qiáng)度逡逑疲勞失效在各種機(jī)械破壞事故的失效形式中往往居于首位，比例大概占到逡逑５０％到９０％，主要包括腐蝕疲勞、高溫疲勞、接觸疲勞、熱疲勞等。逡逑２逡逑

栓與螺母的旋合位置，將其稱為ＫＰ部位。有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料證明：螺栓疲勞破壞６５％逡逑發(fā)生在ＫＰ部位，２０％發(fā)生在不完全螺紋處，１５％發(fā)生在螺栓頭與螺桿過渡部位ｔｕＩ，逡逑如圖１－２所示。逡逑廣；、逡逑Ｌ－－６５％逡逑２０％逡逑廠１５％逡逑圖１－２螺栓疲勞破壞概率分布逡逑Ｆｉｇｕｒｅ．邋１－２邋Ｂｏｌｔ邋ｆａｔｉｇｕｅ邋ｆａｉｌｕｒｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ逡逑１．２．２螺栓彎曲疲勞試驗(yàn)工裝研究逡逑理論上己經(jīng)多次證明，附加的彎曲應(yīng)力會削弱螺栓的疲勞強(qiáng)度。進(jìn)一步研宄逡逑表明，螺栓彎曲應(yīng)力的大小和允許值與螺栓本身的幾何形狀有關(guān)，尤其與螺栓的逡逑預(yù)緊力有關(guān)。然而滿足彎曲加載的方式實(shí)際中很少能夠做到，使這些研究成果在逡逑實(shí)踐中只具有定性的使用價值。逡逑螺栓的軸向拉伸實(shí)驗(yàn)有著國際的標(biāo)準(zhǔn)測試手段，而對于承受純彎曲應(yīng)力的螺逡逑栓緊固件，國內(nèi)外并沒有標(biāo)準(zhǔn)的測試方法，且無法找到公開的螺栓彎曲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，逡逑這可能是因?yàn)樵诓皇褂脙蓚�液壓缸的情況下，構(gòu)建能夠在高拉伸預(yù)載荷下產(chǎn)生彎逡逑曲載荷的測試裝置并非易事。逡逑Ｈｅｎｒｉｋ邋Ｗｅｎｔｚｅｌ，Ｘｉｙｕｅ邋Ｈｕａｎｇ等人提出了一種獨(dú)特的方法［４］

逡逑試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行螺栓的彎曲疲勞測試，實(shí)驗(yàn)裝置如圖１－３所示。測試設(shè)備主要由兩個逡逑平行的鋼板組成，兩個鋼板通過螺栓夾緊，并通過鉸鏈連接以實(shí)現(xiàn)相對的旋轉(zhuǎn)。逡逑ＭＴＳ試驗(yàn)機(jī)通過對兩塊板兩端的施加周期相對位移，在螺栓夾緊的情況下實(shí)現(xiàn)圍逡逑繞鉸鏈的旋轉(zhuǎn)，從而使工裝對螺栓結(jié)構(gòu)施加彎曲載荷。兩板兩端開出用于夾持樣逡逑本螺栓的孔，螺栓通過兩孔定位，并通過扭矩施加一定的預(yù)緊力將上下板連接。逡逑ｒｍｒ逡逑Ｌａ邋＝邋１４８．７５逡逑，ｌｉ邐—邋＿邐人厶＝１．２５逡逑丨瞧逡逑圖１－３彎曲測試裝置的示意圖和照片圖像１４１逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｂｅｎｄｉｎｇ邋ｔｅｓｔ邋ｓｅｔｕｐ逡逑測試的螺栓長度為１４０ｍｍ，強(qiáng)度等級１０．９級的Ｍ１４粗牙ＩＳＯ米制法蘭螺栓，逡逑螺紋部分經(jīng)過熱處理工藝。所有的螺栓來自于同一廠家同一批次的螺栓。對應(yīng)的逡逑螺栓為強(qiáng)度等級為１０的法蘭螺栓，螺栓和螺母從同一家制造商批發(fā)［４］。螺栓樣本逡逑如圖１－４所示。逡逑ＨｌＨＣＴＥＳＢＨＢｉ逡逑４８邋

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本文編號：2762310