钢轨踏面斜裂纹模拟再现试验研究程力学毕业

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1、钢轨踏面斜裂纹模拟再现试验研究程力学毕业摘要：根据钢轨踏面斜裂纹的损伤特点和轮轨力与斜裂纹关系分析设计试验方案，在西南交通大学JD-1轮轨模拟试验机上，对广深高速铁路铺设的PD3热轧钢轨材料进行了斜裂纹损伤再现试验。试验结果表明，轮轨接触方式是钢轨斜裂纹产生和扩展的重要影响因素；轴重增加会增大轮轨接触应力，增加磨损量，加速接触疲劳现象的产生。关键词：钢轨斜裂纹接触疲劳中图分类号：U2131．引言钢轨踏面斜裂纹是国内外高速线路曲线钢轨的典型破坏现象，属于滚动接触疲劳裂纹伤损类型[1,2]。随着铁路运输速度的不断提高，钢轨斜裂纹已

2、成为危及铁路运输安全的重要因素之1。2000年10月17日，英国1高速列车以185km•h-1速度通过半径为1460m曲线时，由踏面斜裂纹引起钢轨横向断裂造成出轨，导致4人死亡，70人受伤[3]。2003年4月的数据表明，荷兰6690km的线路上,399.6km的钢轨出现踏面斜裂纹，其中25km伤损非常严重[4]。我国广深准高速铁路自2002年4月以来，在准高速区段部分半径1600m及1400m和非准高速区段半径1000m及800m的曲线上股钢轨踏面处陆续出现斜裂纹伤损，并已有两处钢轨发生横向断裂[5]，如图1所示

3、。我国广深准高速铁路钢轨斜裂纹不同于以往的鱼鳞状剥离裂纹，1般不发展成剥离掉块，裂纹萌生后沿钢轨作用边，呈45°角，迎行车方向朝钢轨踏面中心扩展。裂纹发展到1定程度后，便快速扩展成大尺寸横向疲劳裂纹，直至钢轨发生横向折断，严重危及行车安全[6]。图1广深线斜裂纹Fig1TherailtreadobliquecracksinGuangzhou-ShenzhenQuasiHigh-speedRailm的对磨轮，对磨轮为主动轮，带动试样相对滚动进行试验。对试样轴施加不同的垂直压下力以实现不同试验载荷的需要。对试样轴实施夹紧制动力以实

4、现摩擦力要求的试验。（lm计，则：试样转速车速/车轮圆周长。按此式分别求得不同车速下的试样转速。试验载荷(接触应力)是依据轴重按赫兹理论有关公式进行计算，需满足试样和线路钢轨的最大接触应力相等。对磨轮接触面为平面。试样接触方式有两种,第Ⅰ种为半径R61的弧面接触，如图3所示。半径R的大小是依据线路轮轨的接触方式计算确定，需试样和对磨轮接触面椭圆的长短半轴之比与线路钢轨轮轨接触椭圆的长短半轴之比相等。此接触弧R61是根据60kg/m钢轨与车轮的接触方式所确定。第Ⅱ种接触方式是为了模拟轮对通过曲线时

5、受横向摩擦力F的斜面接触方式。在试样滚动弧面1端加工1:20锥面，并以试样轴在垂直平面内沿斜面方向转动β角度(约为3度)安装，同时让试样能沿试样轴在D(2-3mm)范围内移动。如图4所示。图3接触方式Ⅰ示意图Fig3SketchmapofcontactⅠ图4接触方式Ⅱ示意图Fig4SketchmapofcontactⅡ试验选用PD3热轧钢轨材料，其化学成分见表1；试验参数见表2。表1钢轨钢化学成分与机械性能Tab.1ConstituentsofthePD3railmaterial（fples图6为试样1和4的对

6、磨轮磨面形貌对比。试样1对磨轮磨面磨痕平坦，磨损程度较轻，且磨面主要表现为塑性变形和磨粒磨损；试样4对磨轮磨痕深度较深，磨损程度较重，磨面有明显较深的沟槽，并出现大量横向和斜向裂纹。(a)试样1(a)Sample1(b)试样4(b)Sample4对各试样横纵断面裂纹的电镜观察结果表明，试样磨面的裂纹均起源与试样表面，且与表面以1定夹角向试样里层扩展延伸。某些裂纹与试样表面的夹角较小，并在表层扩展,最后形成剥离，如图7(a)所示；某些裂纹在扩展前期与试样表面的夹角较小，但扩展1定长度后以较大角度向试样内部扩展如图7(b)所示，此

7、裂纹符合文献[3]和[6]中所介绍的斜裂纹特征。（作文网zple44．总结1）轮轨接触方式是钢轨斜裂纹产生和扩展的重要影响因素，通过改善轮轨接触形面能有效降低接触应力，减缓钢轨斜裂纹的形成。2）轮轨接触应力随轴重增加而增大，加剧磨损和接触疲劳现象产生。(免费网提供的文档转换)