鐵路運輸作為陸路運輸?shù)闹匾煌ǚ绞街?在推動國民經(jīng)濟發(fā)展上發(fā)揮著不可替代的作用。車輪作為重要的承載構件和移動構件,其安全、高效和平穩(wěn)運行至關重要。然而,列車車輪在長期服役過程中,經(jīng)常發(fā)生滾動接觸疲勞和剝離損傷,嚴重影響列車運行安全性、經(jīng)濟性和舒適性。雖然科研人員已經(jīng)對車輪踏面的損傷問題開展了大量的研究工作,但滾動接觸疲勞和剝離損傷問題依然存在且隨著列車軸重和速度的增加,越發(fā)頻繁和嚴重。因此,本文開展了滾動接觸疲勞和剝離機制的研究。首先針對發(fā)生踏面滾動接觸疲勞和剝離損傷的實際服役車輪開展失效分析,分析了滾動接觸疲勞和剝離損傷的原因及機制。然后開展實驗室內(nèi)的標準滾動接觸疲勞試驗,將標準滾動接觸疲勞試樣同實際服役車輪的損傷進行對比,分析了兩者損傷行為和機制的異同及原因,并對滾動接觸疲勞裂紋進行了命名和長度的定義,提出了一種面向滾動接觸疲勞裂紋損傷程度的定量評價方法。最后采用有限元仿真軟件,分析了蠕滑率對車輪踏面應力大小及接觸斑形狀的影響并對比分析了實際服役車輪和實驗室標準滾動接觸疲勞試樣表面的應力大小及分布規(guī)律。實際服役車輪出現(xiàn)了滾動接觸疲勞損傷。運用失效分析的方法,對實際服役車輪進行了宏... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１零件磨損階段圖??

?第１章緒論???分為４類，并解釋了每種裂紋萌生的原因［２＼文獻［３１］根據(jù)車輪踏面剝離機制，將??踏面剝離分為滾動接觸疲勞剝離、制動剝離和擦傷剝離。??（ａ）?（ｂ）??圖１．２材料缺陷處短裂紋的擴展：（ａ）普通單軸疲勞；（ｂ）滾動接觸疲勞??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｈｏｒｔ?ｃｒａｃｋ?ｇｒｏｗｔｈ?ａｔ?ａ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｄｅｆｅｃｔ：?（ａ）?ｐｌａｉｎ?ｕｎｉａｘｉａｌ?ｆａｔｉｇｕｅ，?（ｂ）?ｒｏｌｌｉｎｇ?ｃｏｎｔａｃｔ??ｆａｔｉｇｕｅ．??＞滾動接觸疲勞損傷機制??科研人員對車輪的滾動接觸疲勞的形成機制進行了大量研究，目前還沒有形??成統(tǒng)一的認識。Ｇｒａｎｈａｍ等［３２Ｈ人為，滾動接觸疲勞是車輪表面經(jīng)循環(huán)碾壓，晶粒細??化，硬度升高，產(chǎn)生塑性變形，塑性變形不斷累積，超過材料的軔性極限時裂紋萌??生。Ｂｌｏｄ等認為，滾動接觸疲勞是因為棘輪效應產(chǎn)生塑性累積變形，當累積變??形達到材料的韌性極限時裂紋萌生。Ｅａｄｉｅ等％提出滾動接觸疲勞是由于輪軌間的??摩擦力造成車輪表層金屬塑性流動，從而促進車輪疲勞磨損。１＾１１＾１＾１１等［３５］認為在??輪軌接觸中，車輪踏面上的應力集中是滾動接觸疲勞裂紋萌生的主要原因。Ｓａｎｇｉｄ??等［３６］認為應變累積是導致疲勞裂紋萌生的主要因素，在輪軌作用力下，應變通過??位錯使晶粒滑移，滑移具有不完全可逆性，其中的不可逆性導致應變累積并最終產(chǎn)??生疲勞裂紋。Ｍａｋｉｎｏ等［３７］采用安定圖作為準則研究了在水潤滑作用下和不同蠕滑??率下車輪鋼的滾動接觸疲勞特性，認為蠕滑率的增加使得疲勞強度降低，并導致疲??勞裂紋的產(chǎn)生。綜上所述，滾動接觸疲勞損傷是車輪長期服役導致的

次是Ｃ區(qū)、Ｄ區(qū)和Ｂ區(qū)，滾動接觸疲勞裂紋位于Ｄ區(qū)和Ｅ區(qū)，Ｅ區(qū)有??“鼓楞”存在。??上述微觀觀察和對比分析表明，車輪踏面在不同位置其損傷現(xiàn)象是有明顯差??異的，機制也存在差異，引起損傷的原因自然各不相同。輪緣處主要損傷形式是??磨損。名義滾動圓外側(cè)較容易發(fā)生滾動接觸疲勞，在最外側(cè)因金屬流動會發(fā)生??“鼓棱”現(xiàn)象，在“鼓棱”處金屬折疊外翻，形成折疊缺陷。??由于滾動接觸疲勞裂紋對車輪的損傷比較重要，因此需對該車輪踏面上的滾??動接觸疲勞裂紋進行詳細觀察和統(tǒng)計，部分滾動接觸疲勞裂紋形貌如圖２．４所示。??由圖可知，滾動接觸疲勞裂紋的幾何特征非常相似，呈三角形，均指向車輪外側(cè)??面（頁面上方為車輪外側(cè)面），這與車輪在服役過程中所受的剪切應力方向密切??相關，滾動接觸疲勞裂紋尖角的指向或許可以作為引起滾動接觸疲勞損傷的外力??方向的判斷依據(jù)。??ＢＨＩＨ??圖２．４車輪踏面上典型接觸疲勞裂紋形貌??Ｆｉｇ．?２．４?Ｔｙｐｉｃａｌ?ＲＣＦ?ｃｒａｃｋｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗｈｅｅｌ?ｔｒｅａｄ??對車輪踏面上滾動接觸疲勞裂紋的分布位置進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結果如圖２．５所??示。圖２．５給出了踏面上各滾動接觸疲勞裂紋“開口”兩端點距車輪外側(cè)面的距離，??該車輪踏面上滾動接觸疲勞裂紋共計４２處，主要分布在Ｄ區(qū)和Ｅ區(qū)交界線兩??側(cè)，距車輪內(nèi)側(cè)面９０？１２０?ｍｍ范圍內(nèi)，“分布帶”寬度約３０?ｍｍ。??１７??


本文編號：2923068