發(fā)布時(shí)間：2020-12-18 01:16

　　鐵路運(yùn)輸作為陸路運(yùn)輸?shù)闹匾煌ǚ绞街?在推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)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(gòu)件和移動(dòng)構(gòu)件,其安全、高效和平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。然而,列車車輪在長期服役過程中,經(jīng)常發(fā)生滾動(dòng)接觸疲勞和剝離損傷,嚴(yán)重影響列車運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。雖然科研人員已經(jīng)對(duì)車輪踏面的損傷問題開展了大量的研究工作,但滾動(dòng)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(yán)重。因此,本文開展了滾動(dòng)接觸疲勞和剝離機(jī)制的研究。首先針對(duì)發(fā)生踏面滾動(dòng)接觸疲勞和剝離損傷的實(shí)際服役車輪開展失效分析,分析了滾動(dòng)接觸疲勞和剝離損傷的原因及機(jī)制。然后開展實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn),將標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)接觸疲勞試樣同實(shí)際服役車輪的損傷進(jìn)行對(duì)比,分析了兩者損傷行為和機(jī)制的異同及原因,并對(duì)滾動(dòng)接觸疲勞裂紋進(jìn)行了命名和長度的定義,提出了一種面向滾動(dòng)接觸疲勞裂紋損傷程度的定量評(píng)價(jià)方法。最后采用有限元仿真軟件,分析了蠕滑率對(duì)車輪踏面應(yīng)力大小及接觸斑形狀的影響并對(duì)比分析了實(shí)際服役車輪和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)接觸疲勞試樣表面的應(yīng)力大小及分布規(guī)律。實(shí)際服役車輪出現(xiàn)了滾動(dòng)接觸疲勞損傷。運(yùn)用失效分析的方法,對(duì)實(shí)際服役車輪進(jìn)行了宏... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級(jí)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(xiàn)［３１］根據(jù)車輪踏面剝離機(jī)制，將??踏面剝離分為滾動(dòng)接觸疲勞剝離、制動(dòng)剝離和擦傷剝離。??（ａ）?（ｂ）??圖１．２材料缺陷處短裂紋的擴(kuò)展：（ａ）普通單軸疲勞；（ｂ）滾動(dòng)接觸疲勞??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｈｏｒｔ?ｃｒａｃｋ?ｇｒｏｗｔｈ?ａｔ?ａ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｄｅｆｅｃｔ：?（ａ）?ｐｌａｉｎ?ｕｎｉａｘｉａｌ?ｆａｔｉｇｕｅ，?（ｂ）?ｒｏｌｌｉｎｇ?ｃｏｎｔａｃｔ??ｆａｔｉｇｕｅ．??＞滾動(dòng)接觸疲勞損傷機(jī)制??科研人員對(duì)車輪的滾動(dòng)接觸疲勞的形成機(jī)制進(jìn)行了大量研究，目前還沒有形??成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。Ｇｒａｎｈａｍ等［３２Ｈ人為，滾動(dòng)接觸疲勞是車輪表面經(jīng)循環(huán)碾壓，晶粒細(xì)??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(shí)裂紋萌??生。Ｂｌｏｄ等認(rèn)為，滾動(dòng)接觸疲勞是因?yàn)榧喰?yīng)產(chǎn)生塑性累積變形，當(dāng)累積變??形達(dá)到材料的韌性極限時(shí)裂紋萌生。Ｅａｄｉｅ等％提出滾動(dòng)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(dòng)，從而促進(jìn)車輪疲勞磨損。１＾１１＾１＾１１等［３５］認(rèn)為在??輪軌接觸中，車輪踏面上的應(yīng)力集中是滾動(dòng)接觸疲勞裂紋萌生的主要原因。Ｓａｎｇｉｄ??等［３６］認(rèn)為應(yīng)變累積是導(dǎo)致疲勞裂紋萌生的主要因素，在輪軌作用力下，應(yīng)變通過??位錯(cuò)使晶�；�，滑移具有不完全可逆性，其中的不可逆性導(dǎo)致應(yīng)變累積并最終產(chǎn)??生疲勞裂紋。Ｍａｋｉｎｏ等［３７］采用安定圖作為準(zhǔn)則研究了在水潤滑作用下和不同蠕滑??率下車輪鋼的滾動(dòng)接觸疲勞特性，認(rèn)為蠕滑率的增加使得疲勞強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致疲??勞裂紋的產(chǎn)生。綜上所述，滾動(dòng)接觸疲勞損傷是車輪長期服役導(dǎo)致的

次是Ｃ區(qū)、Ｄ區(qū)和Ｂ區(qū)，滾動(dòng)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(duì)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(jī)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(dòng)圓外側(cè)較容易發(fā)生滾動(dòng)接觸疲勞，在最外側(cè)因金屬流動(dòng)會(huì)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(dòng)接觸疲勞裂紋對(duì)車輪的損傷比較重要，因此需對(duì)該車輪踏面上的滾??動(dòng)接觸疲勞裂紋進(jìn)行詳細(xì)觀察和統(tǒng)計(jì)，部分滾動(dòng)接觸疲勞裂紋形貌如圖２．４所示。??由圖可知，滾動(dòng)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(yīng)力方向密切??相關(guān)，滾動(dòng)接觸疲勞裂紋尖角的指向或許可以作為引起滾動(dòng)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(duì)車輪踏面上滾動(dòng)接觸疲勞裂紋的分布位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖２．５所??示。圖２．５給出了踏面上各滾動(dòng)接觸疲勞裂紋“開口”兩端點(diǎn)距車輪外側(cè)面的距離，??該車輪踏面上滾動(dòng)接觸疲勞裂紋共計(jì)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??


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