U75VG軌鋼溫度相關循環(huán)塑性變形行為實驗和本構模型研究
發(fā)布時間：2021-11-02 16:14
隨著我國高速鐵路的飛速發(fā)展,高速鐵路系統(tǒng)的運行安全和行車品質越來越受到人們的重視。由于制動力超過輪軌間的最大粘著力高速列車緊急制動時輪軌將會產生相對滑動,輪軌之間的相對滑動摩擦誘發(fā)劇烈溫升。溫升不僅使車輪和鋼軌表層產生不可忽視的熱應力,同時還使輪軌材料的力學性能產生劣化,進而影響機械應力,熱應力和機械應力耦合作用形成輪軌局部接觸區(qū)的熱損傷,嚴重時會威脅到高速列車的運行安全和行車品質。為研究高速鐵路輪軌接觸中的熱損傷機理,首先需要通過對高速鐵路用U75VG軌鋼進行不同溫度下的單軸拉伸實驗和循環(huán)變形實驗,獲取材料在不同溫度下的循環(huán)變形特性,進而基于實驗結果建立U75VG軌鋼的循環(huán)本構模型,最后利用有限元軟件ABAQUS對輪軌滑動接觸進行耦合溫度-位移彈塑性分析。研究結果將為評估高速鐵路鋼軌的熱傷損機理提供依據。本文的主要工作如下:（1）在25℃600℃范圍內對U75VG軌鋼試樣進行單軸拉伸、應變循環(huán)和應力循環(huán)實驗。研究表明,U75VG軌鋼在300℃附近時動態(tài)應變時效顯著增強,導致材料在該溫度附近的強度表現接近25℃下的表現;動態(tài)應變時效在應變循環(huán)的初始階段也提供了附加...
【文章來源】：西南交通大學四川省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
京津城際鋼軌擦傷[2]
圖 1-1 京津城際鋼軌擦傷[2]圖 1-2 滬昆高鐵浙江段鋼軌擦傷[3]U75V 軌鋼是攀鋼集團有限公司于上世紀末研制開發(fā)的一種微合金共析鋼，又稱 PD3，其與 U71Mn 軌鋼構成了當今中國鐵路線路上使用的主型鋼軌鋼種。隨著高速鐵路的迅猛發(fā)展，攀鋼為了進一步優(yōu)化鋼軌的性能，在 U75V 軌鋼的基礎上，嚴格控制碳、硼和硫元素含量的波動范圍，研制出了高速鐵路專用的U75VG 軌鋼。相較于 U71Mn 軌鋼，U75VG 軌鋼有著更高的碳硅含量，并加入了能細化組織的釩元素，其宏觀力學表現為強度高，耐磨性好[4]。U75VG 軌鋼的金相組織為層狀珠光體，其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替疊壓的層狀復相物，也稱片狀珠光體。高速鐵路平直段常使用熱軋 U75VG 鋼軌，其組織為粗片狀珠光體，珠光體片間距為 100nm~300nm；小曲線半徑段和出入庫線由于磨損更為嚴重常使用強度更高的熱處理 U75VG 鋼軌，其組織為細珠光體或極細珠光體，珠光體片間距為 70nm~150nm[5-7]。
圖 1-3 蠕滑比 0.75 下的棘輪效應[38]圖 1-4 車輪抱死滑行時鋼軌溫升和應力曲線[42](a) 磨耗型踏面車輪 (b) 錐形踏面車輪圖 1-5 車輪抱死滑行時車輪溫升和應力曲線[43]李偉等[44-47]利用 ABAQUS 建立鋼軌的平面應變有限元模型，利用等效的壓力、切向壓力和摩擦熱源模擬輪軌接觸區(qū)的移動，模型考慮了熱對流、輪料參數隨溫度的變化以及溫度場與應力場的耦合作用，分析了抱死滑行和滾種計算工況下摩擦系數、軸重以及蠕滑率參數對溫度場、應力場以及殘余應
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋼軌擦傷對動車組動力學性能的影響[J]. 龔繼軍,崔容義,王軍平,劉恭韜. 鐵道建筑. 2019(07)
[2]高速鐵路磨耗車輪與60N鋼軌靜態(tài)接觸分析[J]. 馬曉川,王平,王健,徐井芒. 西南交通大學學報. 2018(04)
[3]一種非統(tǒng)一黏塑性本構的有限元實現[J]. 楊夢豪,馮淼林. 力學季刊. 2018(02)
[4]高速鐵路鋼軌技術發(fā)展歷程回顧[J]. 周清躍,張銀花,劉豐收,田常海,陳朝陽,李闖. 中國鐵路. 2018(03)
[5]U75V鋼軌在線熱處理工藝研究[J]. 李闖. 金屬熱處理. 2018(01)
[6]高速鐵路鋼軌擦傷原因分析及處理措施[J]. 寧國平. 上海鐵道科技. 2017(02)
[7]U71Mn、U75V和U78CrV鋼軌在線熱處理后性能改善比較[J]. 董華利. 金屬熱處理. 2016(08)
[8]U75V鋼相變動力學曲線測定及熱處理工藝研究[J]. 王立新,李智麗,彭軍,智建國. 包鋼科技. 2015(02)
[9]Hertz理論與有限元法分析輪軌接觸疲勞的差異性研究[J]. 曹世豪,李煦,張四放,文良華,江曉禹. 機械工程學報. 2015(06)
[10]U75V熱軋鋼軌傷損原因分析[J]. 龔利軍. 理化檢驗(物理分冊). 2014(06)
碩士論文
[1]基于ANSYS的高速列車輪軌接觸工況和材料參數研究[D]. 郭佳.華東交通大學 2017
[2]輪軌鋼材料棘輪—疲勞交互作用實驗和理論模型研究[D]. 方濤.西南交通大學 2017
[3]高速輪軌ER8/U75VG鋼超聲振動輔助激光熔覆強化涂層制備及性能研究[D]. 邵曉峰.華東交通大學 2017
[4]基于有限元的輪軌熱力耦合滑動接觸分析[D]. 謝瑞麗.西南交通大學 2016
[5]基于熱力耦合的鋼軌接觸疲勞傷損研究[D]. 李偉.西南交通大學 2010
[6]輪軌熱接觸耦合問題的有限元分析[D]. 齊萬明.大連交通大學 2010
本文編號：3472107
【文章來源】：西南交通大學四川省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
京津城際鋼軌擦傷[2]
圖 1-1 京津城際鋼軌擦傷[2]圖 1-2 滬昆高鐵浙江段鋼軌擦傷[3]U75V 軌鋼是攀鋼集團有限公司于上世紀末研制開發(fā)的一種微合金共析鋼，又稱 PD3，其與 U71Mn 軌鋼構成了當今中國鐵路線路上使用的主型鋼軌鋼種。隨著高速鐵路的迅猛發(fā)展，攀鋼為了進一步優(yōu)化鋼軌的性能，在 U75V 軌鋼的基礎上，嚴格控制碳、硼和硫元素含量的波動范圍，研制出了高速鐵路專用的U75VG 軌鋼。相較于 U71Mn 軌鋼，U75VG 軌鋼有著更高的碳硅含量，并加入了能細化組織的釩元素，其宏觀力學表現為強度高，耐磨性好[4]。U75VG 軌鋼的金相組織為層狀珠光體，其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替疊壓的層狀復相物，也稱片狀珠光體。高速鐵路平直段常使用熱軋 U75VG 鋼軌，其組織為粗片狀珠光體，珠光體片間距為 100nm~300nm；小曲線半徑段和出入庫線由于磨損更為嚴重常使用強度更高的熱處理 U75VG 鋼軌，其組織為細珠光體或極細珠光體，珠光體片間距為 70nm~150nm[5-7]。
圖 1-3 蠕滑比 0.75 下的棘輪效應[38]圖 1-4 車輪抱死滑行時鋼軌溫升和應力曲線[42](a) 磨耗型踏面車輪 (b) 錐形踏面車輪圖 1-5 車輪抱死滑行時車輪溫升和應力曲線[43]李偉等[44-47]利用 ABAQUS 建立鋼軌的平面應變有限元模型，利用等效的壓力、切向壓力和摩擦熱源模擬輪軌接觸區(qū)的移動，模型考慮了熱對流、輪料參數隨溫度的變化以及溫度場與應力場的耦合作用，分析了抱死滑行和滾種計算工況下摩擦系數、軸重以及蠕滑率參數對溫度場、應力場以及殘余應
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋼軌擦傷對動車組動力學性能的影響[J]. 龔繼軍,崔容義,王軍平,劉恭韜. 鐵道建筑. 2019(07)
[2]高速鐵路磨耗車輪與60N鋼軌靜態(tài)接觸分析[J]. 馬曉川,王平,王健,徐井芒. 西南交通大學學報. 2018(04)
[3]一種非統(tǒng)一黏塑性本構的有限元實現[J]. 楊夢豪,馮淼林. 力學季刊. 2018(02)
[4]高速鐵路鋼軌技術發(fā)展歷程回顧[J]. 周清躍,張銀花,劉豐收,田常海,陳朝陽,李闖. 中國鐵路. 2018(03)
[5]U75V鋼軌在線熱處理工藝研究[J]. 李闖. 金屬熱處理. 2018(01)
[6]高速鐵路鋼軌擦傷原因分析及處理措施[J]. 寧國平. 上海鐵道科技. 2017(02)
[7]U71Mn、U75V和U78CrV鋼軌在線熱處理后性能改善比較[J]. 董華利. 金屬熱處理. 2016(08)
[8]U75V鋼相變動力學曲線測定及熱處理工藝研究[J]. 王立新,李智麗,彭軍,智建國. 包鋼科技. 2015(02)
[9]Hertz理論與有限元法分析輪軌接觸疲勞的差異性研究[J]. 曹世豪,李煦,張四放,文良華,江曉禹. 機械工程學報. 2015(06)
[10]U75V熱軋鋼軌傷損原因分析[J]. 龔利軍. 理化檢驗(物理分冊). 2014(06)
碩士論文
[1]基于ANSYS的高速列車輪軌接觸工況和材料參數研究[D]. 郭佳.華東交通大學 2017
[2]輪軌鋼材料棘輪—疲勞交互作用實驗和理論模型研究[D]. 方濤.西南交通大學 2017
[3]高速輪軌ER8/U75VG鋼超聲振動輔助激光熔覆強化涂層制備及性能研究[D]. 邵曉峰.華東交通大學 2017
[4]基于有限元的輪軌熱力耦合滑動接觸分析[D]. 謝瑞麗.西南交通大學 2016
[5]基于熱力耦合的鋼軌接觸疲勞傷損研究[D]. 李偉.西南交通大學 2010
[6]輪軌熱接觸耦合問題的有限元分析[D]. 齊萬明.大連交通大學 2010
本文編號：3472107
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