鋼軌疲勞裂紋形成及擴展壽命預測研究.pdf

1、改革開放以來我國經(jīng)濟高速發(fā)展,為適應經(jīng)濟發(fā)展的需求,我國鐵路運輸業(yè)也正向高速、重載方向快速發(fā)展。京津線、武廣線的建成通車更標志著我國高速鐵路建設進入一個跨越式的發(fā)展階段。本文研究工作就是在這個大背景下,初步地分析討論了高速鐵路建設中遇到的鋼軌疲勞問題。本研究工作首先分析了鋼軌復雜的應力強度,再應用疲勞理論、斷裂理論建立了預測鋼軌疲勞裂紋形成與擴展壽命的預測模型,最后結合鋼軌受力分析及預測模型預測了鋼軌疲勞裂紋形成與擴展壽命,詳細分析了相

2、關參數(shù)對二者的影響。研究結果為合理維修鋼軌、制定鋼軌檢修周期提供了理論依據(jù)。根據(jù)計算和分析,得出如下結論:
　　 1、以連續(xù)彈性基礎梁模型為基礎計算特定線路鋼軌動彎曲應力,由計算結果可以發(fā)現(xiàn):鋼軌基礎彈性系數(shù)一定時,鋼軌動彎曲應力循環(huán)水平隨速度系數(shù)增大而變大；相反,速度系數(shù)一定時,鋼軌動彎曲應力循環(huán)水平鋼軌基礎彈性系數(shù)增大而減小。
　　 2、以CRH2型動車組和60kg／m鋼軌為研究對象,基于Carter二維滾動接觸理論

3、計算鋼軌軌頭應力場,計算結果表明:摩擦系數(shù)μ≤0.3時,z軸上相對最大切應力值隨深度增加先增大后減小為零,在踏面以下z／a=0.6附近取得最大值；摩擦系數(shù)μ>0.3時,相對最大切應力值在踏面處取得最大值,離開踏面往下,隨深度增加相對最大切應力值逐漸減小,最后趨于零。
　　 3、鋼軌疲勞裂紋形成壽命預測結果表明:提高鋼軌強度極限可以延長鋼軌疲勞裂紋形成壽命,但效果并不明顯；在溫度應力為壓應力時,應力水平越高,鋼軌疲勞裂紋形成壽命越

4、長,在溫度應力為拉應力時則相反；列車速度系數(shù)逐漸增加的過程中,鋼軌疲勞裂紋形成壽命呈逐漸下降的趨勢,并且與列車速度系數(shù)呈近似線性反比關系；隨著鋼軌基礎彈性系數(shù)逐漸增加,鋼軌疲勞裂紋形成壽命幾乎呈線性增加的趨勢。
　　 4、應用斷裂力學理論對鋼軌踏面斜裂紋擴展壽命進行預測計算,結果表明:裂紋擴展壽命隨摩擦系數(shù)的增大而降低；隨裂紋傾斜角的增加,裂紋擴展壽命呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢；裂紋擴展壽命隨磨損率先緩慢增加,當磨損率達到一定值后,