螺栓作為制動(dòng)盤的關(guān)鍵部件之一,在制動(dòng)過程中不僅承受較高的軸向預(yù)緊力,還受到制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱載荷和外部的振動(dòng)激勵(lì)。自蘭新線開通運(yùn)營(yíng)至今,制動(dòng)盤螺栓斷裂或丟失事故時(shí)有發(fā)生。為了研究螺栓斷裂的原因,本文以蘭新線上運(yùn)行的動(dòng)車組制動(dòng)盤斷裂螺栓為研究對(duì)象,分析在長(zhǎng)大坡道下動(dòng)車組制動(dòng)盤螺栓的損傷情況,對(duì)動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行安全性提出建議。主要工作如下:（1）首先對(duì)斷裂螺栓進(jìn)行化學(xué)成分、硬度和抗拉強(qiáng)度等理化性能試驗(yàn)。通過掃描電鏡觀察螺栓斷口形貌和金相組織,判斷螺栓根部材料是否存在缺陷。從螺栓材料分析結(jié)果可以看出其物理和化學(xué)性能滿足相關(guān)技術(shù)要求。斷面顯示螺栓擴(kuò)展區(qū)域較小,說明在服役過程中承受一定過載導(dǎo)致螺栓發(fā)生低周疲勞斷裂。（2）根據(jù)螺栓斷裂位置,建立考慮螺紋的六面體網(wǎng)格有限元模型,采用熱-力耦合分析螺栓的力學(xué)及熱學(xué)特性。為了分析高溫對(duì)制動(dòng)盤螺栓產(chǎn)生的影響,分別計(jì)算制動(dòng)初速度為350 km/h、300 km/h和250 km/h時(shí)制動(dòng)盤螺栓的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布。結(jié)果表明:螺栓的整體溫度水平小于制動(dòng)盤面,最大溫度位于靠近制動(dòng)盤的螺栓中部并向四周擴(kuò)散。相比制動(dòng)盤面的溫度變化,螺栓中部和嚙合第一圈螺紋根... 

【文章來(lái)源】：北京建筑大學(xué)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：61 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

螺栓有限元分析模型類型

(4)根據(jù)螺栓斷裂情況,采用臨界面法結(jié)合SWT疲勞準(zhǔn)則的損傷參量,依據(jù)線性疲勞損傷準(zhǔn)則評(píng)估制動(dòng)盤螺栓的疲勞壽命。高強(qiáng)螺栓作為制動(dòng)盤重要連接件,其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與可靠性將直接影響動(dòng)車組運(yùn)行安全。2016年5月27日,在蘭州西車輛段動(dòng)車運(yùn)用組發(fā)現(xiàn)軸裝制動(dòng)盤螺栓斷裂事故,如表1-1所示。斷裂螺栓安裝于CRH5G動(dòng)車組02車2軸,且該車組運(yùn)行里程為740984 km。斷裂螺栓的直徑為Ml4,強(qiáng)度級(jí)別為10.9級(jí)。為了確定制動(dòng)盤螺栓的斷裂原因,對(duì)發(fā)生斷裂事故所在制動(dòng)盤的剩余螺栓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

螺栓斷裂位置為螺母和螺栓嚙合第一圈處,如圖2-1所示。使用掃描電鏡對(duì)螺栓斷面進(jìn)行了微觀形貌分析。圖2-2為螺栓斷口低倍形貌,斷口附近無(wú)明顯塑性變形,并可清晰地觀察到疲勞源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)三個(gè)區(qū)域。螺栓斷口的裂紋源位于螺栓根部圓角處,為應(yīng)力集中區(qū)域。斷口呈現(xiàn)出單裂紋源特征,裂紋從螺紋表面沿徑向擴(kuò)展。整個(gè)疲勞擴(kuò)展區(qū)域光滑,可見清晰的疲勞條紋。疲勞擴(kuò)展區(qū)占據(jù)斷口的小部分區(qū)域(占比約40%)。隨著裂紋的不斷擴(kuò)展,螺栓截面上應(yīng)力增加,當(dāng)應(yīng)力超過斷裂強(qiáng)度則發(fā)生斷裂,形成瞬時(shí)斷裂區(qū)。在瞬斷區(qū)高倍形貌(圖2-2)可以看出存在微小發(fā)紋和孔洞,為韌窩形貌。結(jié)果說明疲勞載荷和一定的過載導(dǎo)致螺栓斷裂。圖2-2螺栓斷口低倍形貌

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]環(huán)氧樹脂膠粘接的對(duì)接結(jié)構(gòu)多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)[J]. 李慧,張軍,李海宇,申浩中,魏新利.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2020(01)
[2]某輪盤螺栓孔處疲勞壽命預(yù)測(cè)方法與驗(yàn)證[J]. 劉紅彬,陳偉,劉林.  西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(04)
[3]動(dòng)車組制動(dòng)盤螺栓載荷測(cè)試及疲勞損傷研究[J]. 范童柏,任尊松,王文靜,王曦,鄒驊.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2019(14)
[4]高速動(dòng)車組制動(dòng)盤螺栓斷裂分析及優(yōu)化方案[J]. 楊川,孟繁輝,許杰,李繼山.  大連交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)
[5]振動(dòng)工況下的雙螺母結(jié)構(gòu)防松性能研究[J]. 李天雷,劉鍇,孫文東,丁曉宇.  宇航總體技術(shù). 2018(04)
[6]基于精確建模的橫向振動(dòng)工況下螺栓松動(dòng)機(jī)理研究[J]. 王傳華,王文莉,林清源,孫清超.  宇航總體技術(shù). 2018(04)
[7]輪裝制動(dòng)盤螺栓預(yù)緊力計(jì)算及強(qiáng)度校核[J]. 黃彪,杜利清,金文偉.  電力機(jī)車與城軌車輛. 2018(04)
[8]高速列車制動(dòng)盤制動(dòng)過程的有限元模擬及表面劃傷對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響研究[J]. 孟繁輝,劉艷,吳影,馬元明,陳輝.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(12)
[9]持續(xù)制動(dòng)工況下軸裝制動(dòng)盤螺栓載荷演化規(guī)律[J]. 王曦,王文靜,王宇.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(12)
[10]基于蘭新線長(zhǎng)大坡道動(dòng)車組制動(dòng)盤熱仿真分析[J]. 李萬(wàn)新.  鐵道機(jī)車車輛. 2017(01)

博士論文
[1]鋁基復(fù)合材料摩擦制動(dòng)服役特性及失效機(jī)制研究[D]. 潘利科.北京交通大學(xué) 2017
[2]軸向激勵(lì)下螺栓連接結(jié)構(gòu)的松動(dòng)機(jī)理研究[D]. 劉建華.西南交通大學(xué) 2016
[3]螺紋聯(lián)接松動(dòng)機(jī)理研究[D]. 侯世遠(yuǎn).北京理工大學(xué) 2015

碩士論文
[1]螺栓緊固件彎曲疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)研究[D]. 潘越.北京交通大學(xué) 2019
[2]連續(xù)管本體及斜接焊縫的多軸疲勞壽命分析[D]. 袁濤勇.長(zhǎng)江大學(xué) 2019
[3]橫向載荷下不銹鋼螺栓松動(dòng)過程及防松措施研究[D]. 唐明明.西南交通大學(xué) 2018
[4]偏心載荷下兩種螺栓連接的松動(dòng)行為研究[D]. 杜永強(qiáng).西南交通大學(xué) 2018
[5]地鐵車輛軸箱蓋螺栓疲勞壽命預(yù)測(cè)研究[D]. 何澤寒.西南交通大學(xué) 2018
[6]基于臨界距離理論的渦輪盤高溫低周疲勞壽命預(yù)測(cè)[D]. 柳云瀚.電子科技大學(xué) 2018
[7]高鐵制動(dòng)盤應(yīng)力分析及其損傷機(jī)理研究[D]. 耿凱.北京交通大學(xué) 2018
[8]多軸載荷下航空結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析[D]. 馬笑笑.南京航空航天大學(xué) 2018
[9]橫向激勵(lì)下螺栓特殊連接形式對(duì)其松動(dòng)的影響研究[D]. 王長(zhǎng)科.西南交通大學(xué) 2017
[10]某柴油發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承蓋螺栓動(dòng)力學(xué)特性及疲勞壽命研究[D]. 陳政果.西南科技大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3020615