弯矩作用下钢轨滚动疲劳裂纹扩展行为研究.pdf

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1、2011年10月润滑与密封0ct．2011第36卷第10期LUBRICAT10NENGINEERINGV01．36No．10DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2011．10．009弯矩作用下钢轨滚动疲劳裂纹扩展行为研究曾庆飞申鹏王文健刘启跃(西南交通大学摩擦学研究所四川成都610031)摘要：在JD一1轮轨模拟试验机上，通过设计模拟小轮的结构，对钢轨试样在弯矩作用下的裂纹扩展行为进行研究。试验结果表明：裂纹一般在应力集中处萌生，当裂纹扩展到一定程度后容易产生变向甚至分叉；在其他参数相同的情况下，预制裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展有较大影响，预制裂纹较宽时裂纹扩展速率明显加快。

2、关键词：钢轨；弯矩；疲劳裂纹扩展；滚动接触中图分类号：U213．4文献标识码：A文章编号：0254—0150(2011)10—033—4ResearchontheGrowthBehaviorofRollingContactFatigueCrackofRailSteelunderBendingMomentConditionZengQingfeiShenPengWangWenjianLiuQiyue(TribologyResearchInstitute，SouthwestJiaotongUniversity，ChengduSichuan610031，China)Abstract：Thegrowt

3、hbehavioroffatiguecrackofrailsteelunderbendingmomentconditionwasinvestigatedusingJD一1rail—wheelsimulatingmachinebydesigningthestructureofsmallsimulatingwhee1．Theresultshowsthatthecrackusuallyinitiatesinthestressconcentrationposition，andthedirectionofthegrowthiseasytochangeorbifurcatewhenthegrowthar

4、rivesatacertainextent．Thesizeofpre—crackhasgreatinfluenceonthegrowthbehavioroffatiguecrackwhenotherpa—rametersareidentical，andthepre—crackwithgreaterwidthhasasignificantlyfastergrowthrateinthecrackpropagation．Keywords：railstee]；bendingmoment；fatiguecrackgrowth；rollingcontact铁路运输尤其是高速铁路运输，在我国经济建设体和渗

5、碳体的性能不同，导致位错堆积，进一步促使和人民生活中起到重要的作用。而随着列车的提速和组织变形、破碎，当再次受到力的作用，就促使微裂货运量的增大，钢轨滚动接触疲劳所造成的破坏变得纹萌生。由于车轮不圆度及列车运行过程中各种因越来越严重，已成为影响铁路运输效率提高的一大难素影响，钢轨受到车轮的垂向载荷作用，如当轮对发。生横向运动和摇头运动时，尤其是列车通过小半径曲钢轨滚动接触疲劳所造成的破坏主要是表面剥线、轨缝和道岔时，轮轨之间将要发生冲击振动。而离、压溃、断裂等，尤其是因疲劳裂纹导致的断裂破钢轨的固定方式使得钢轨会受到弯矩作用，疲劳裂纹坏，严重危害了列车的行车安全。疲劳裂纹主要在在弯矩作用下扩

6、展，从而可能导致钢轨断裂。钢轨的接触表面及表面下几毫米的次表面萌在JD．1轮轨模拟试验机上，通过合理地设计模生，是由于受到车轮的不断碾压，接触区域不断地反拟小轮的结构，研究了在弯矩作用下钢轨滚动接触疲复地承受拉压应力的作用，产生了塑性变形，导致基劳裂纹的扩展特性，及预制裂纹宽度对钢轨滚动接触体的表层组织中产生了滑移和位错，珠光体内的铁素疲劳裂纹萌生和扩展的影响。1实验部分基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目试验在JD一1轮轨模拟试验机上进行，模拟实验(2009AA04Z424)；国家自然科学基金项目(50875221)；国家的接触方式如图1所示。通过合理设计模拟小轮的结科技

7、支撑计划项(2009BAG12A01一B05—1)．构，利用模拟小轮来模拟钢轨，对模拟小轮进行部分收稿日期：2011一o4—21掏空，以模拟钢轨弯矩作用下的滚动接触疲劳裂纹作者简介：曾庆飞(1987一)，男，硕士研究生，研究方向为轮轨摩擦学．E—mail：zqLswjtu@163．con．扩展润滑与密封第36卷一2El+EI：。、㈩即可得M=FL／8。由此计算得到最大挠度为：旦一—++—：一一1—92E—,l