輪軌接觸荷載是一種與時間相關的多軸非比例荷載,這種循環(huán)荷載導致鋼軌表面或次表面萌生裂紋。鋼軌的大部分損傷都與雜質導致的裂紋和鋼軌表面裂紋擴展有關,所以研究鋼軌疲勞裂紋的萌生及擴展是非常有必要的,這有助于了解鋼軌的剝離、軌面塌陷、鋼軌核傷及鋼軌斷裂等損傷機理,可為減少鋼軌的損傷提出合理化建議。論文的主要工作如下:(1)對含夾雜的二維鋼軌模型進行了有限元模擬,并利用Dang Van多軸疲勞裂紋萌生準則計算了夾雜周圍的裂紋萌生危險系數。模擬結果顯示,夾雜周圍的裂紋萌生區(qū)呈“蝴蝶”形,硬夾雜的裂紋萌生區(qū)比軟夾雜的大,且裂紋更容易在硬夾雜周圍萌生。(2)分析了雙軸疲勞拉伸試樣裂紋尖端的周向應變幅值隨角度的變化,用最大周向應變幅值準則預測了多軸非比例荷載下疲勞裂紋的擴展方向,并對疲勞裂紋的分叉擴展做出了解釋。預測的裂紋擴展方向與實驗結果吻合良好。(3)在線彈性斷裂力學框架下對鋼軌表面疲勞裂紋進行了分析,其中用最大周向應變幅值判據對裂紋的擴展方向進行了預測。研究結果表明,鋼軌表面的小角度斜裂紋很容易向上偏轉朝鋼軌表面擴展,導致鋼軌表面剝離,大角度裂紋(30°、40°和45°)則容易分叉擴展。裂紋面的...

【文章頁數】：62 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究意義
    1.2 鋼軌的疲勞損傷介紹
    1.3 國內外研究現狀
        1.3.1 非金屬夾雜物對滾動接觸疲勞的影響
        1.3.2 疲勞裂紋的擴展方向
        1.3.3 滾動接觸疲勞裂紋分析
    1.4 本文的主要工作
第2章 夾雜引起的鋼軌疲勞裂紋萌生
    2.1 多軸疲勞裂紋萌生準則
    2.2 有限元模擬
        2.2.1 有限元模型
        2.2.2 鋼軌材料的本構模型及材料參數
        2.2.3 有限元模型的荷載
        2.2.4 有限元模擬過程
    2.3 模擬結果分析
        2.3.1 應力狀態(tài)和等效塑性應變分析
        2.3.2 疲勞裂紋萌生分析
    2.4 本章小結
第3章 多軸非比例疲勞裂紋擴展方向
    3.1 有限方形平板中心斜裂紋的應力強度因子
        3.1.1 邊界配位法介紹
        3.1.2 基本方程
        3.1.3 應力強度因子計算
    3.2 疲勞裂紋擴展方向的確定
        3.2.1 雙軸拉伸實驗介紹
        3.2.2 預測疲勞裂紋擴展方向的設想
        3.2.3 理論計算
    3.3 本章小結
第4章 鋼軌表面疲勞裂紋分析
    4.1 鋼軌表面疲勞裂紋的相關理論介紹
        4.1.1 疲勞裂紋的三個階段
        4.1.2 與疲勞裂紋三個階段相對應的研究方法
        4.1.3 疲勞裂紋擴展速率
    4.2 鋼軌表面疲勞裂紋有限元分析
        4.2.1 研究模型
        4.2.2 有限元模型
        4.2.3 有限元模擬準確性的驗證
        4.2.4 網格敏感性驗證
        4.2.5 有限元結果分析
    4.3 疲勞裂紋擴展路徑分析
    4.4 本章小結
第5章 鋼軌表面疲勞裂紋尖端塑性區(qū)分析
    5.1 疲勞裂紋尖端循環(huán)塑性區(qū)介紹
    5.2 鋼軌表面裂紋尖端循環(huán)塑性區(qū)的有限元模擬
    5.3 有限元結果分析
        5.3.1 塑性區(qū)分析
        5.3.2 裂紋尖端周圍應力和應變分析
    5.4 本章小結
結論與展望
致謝
參考文獻
附錄1
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果



本文編號：3754479