斷裂力學的含缺陷車軸服役壽命評估方法研究.pdf

1、車軸是高速列車中極為重要的安全部件。由于裝配約束較大，且受載和環(huán)境條件惡劣，配合區(qū)和幾何過渡區(qū)應力狀態(tài)復雜，車軸中一旦發(fā)生裂紋等缺陷，在隨機加載下存在繼續(xù)擴展導致車軸斷裂的風險，進而發(fā)生嚴重的行車事故。
　　裂紋屬于強不連續(xù)性問題，在疲勞加載下，裂紋尖端會產(chǎn)生應力增大效應。當前的車軸設計仍然采用名義應力法，車軸的壽命評估也是基于名義應力方法建立在S-N曲線下的疲勞累積損傷，并未考慮裂紋存在導致的應力集中及其擴展。因此，傳統(tǒng)的材料力

2、學設計方法已不能確保含缺陷車軸的安全運行，必須引入基于斷裂力學的損傷容限設計方法和思想對缺陷演變特性及服役壽命進行準確評估。為此，本論文開展如下工作:
　　斷裂力學的損傷容限設計方法和思想對缺陷演變特性及服役壽命進行準確評估。為此，本論文開展如下工作:
　　(1)深入調(diào)研當前車軸分析評定方法和常見缺陷，確定了考慮應力比效應的NASGRO公式作為缺陷演變壽命評估的經(jīng)驗模型;
　　(2)為了準確獲得壽命評估模型，開展了EA

3、4T車軸小比例試樣的靜載拉伸、低周疲勞本構(gòu)、高周疲勞曲線、疲勞裂紋擴展速率、裂紋擴展門檻值及斷裂韌性試驗;
　　(3)建立了空心車軸有限元模型，采用奇異單元法模擬裂紋尖端，基于實測的350公里/小時動應力譜，計算了考慮壓裝配合的裂紋尖端的應力場;
　　(4)根據(jù)擬合得到的NASGRO方程，得到了卸荷槽區(qū)不同深度裂紋的應力強度因子曲線、擴展速率曲線，并基于實測應力譜得到了裂紋擴展的循環(huán)加載數(shù)進而預測車軸運行壽命;
　　(