矫直工艺对钢轨残余应力及平直度影响的研究

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1、北京科技大学硕士学位论文摘要高速铁路用轨一个最重要的指标就是要求钢轨要平直达到标准和残余应力要小于254MPa。目前，国内钢轨生产厂家在没引进钢轨矫直机之前，是不能生产高速铁路用轨。为达到铁道部门要求，各钢轨生产厂在钢轨生产工艺、设备上都不断地进行改进，以满足用户要求。为满足铁路部门对钢轨平直度的要求，包钢从德国SMS公司引进了先进的平、立双平面矫直技术，以改善高速钢轨的矫直质量，提高高速钢轨的使用寿命。由于钢轨的矫直质量受钢种、矫前弯曲度、断面形状等因素的影响，加之缺乏成熟的复合矫直变形理论，如何将引进设备与现行的矫直工况结合起来，把钢轨的平直

2、度和残余应力控制在理想的状态，却成了一个难题。为了分析研究钢轨在矫直变形过程中的残余应力的变化规律及各种矫直工艺对残余应力的影响，本文采用了有限元模拟结合试验测量的方法对钢轨残余应力进行研究。本文针对现有的矫直工艺，采用四因素三水平的正交试验方案，选定水平矫直辊中R2#,R4#,R6#,R8#的矫直规程作为四个主要变化因素。在钢轨曲率半径为185mm的前提条件下，制定出9种矫直变形规程，采用显式有限元软件ANSYS/LS-DYNA，对钢轨的矫直变形过程进行了弹塑性有限元模拟。在模拟分析的过程中，几何模型均采用实际尺寸，为提高计算效率，采用了质量放

3、缩的方法。模拟计算结果与现场实测残余应力值进行相互的比较，得出应用有限元软件进行矫直变形的实验模拟是可行的。运用数值模拟方法，采用不同的矫直方案，模拟分析了9种方案矫直工艺对钢轨轨底残余应力影响，通过与现场的矫直工艺比较，计算结果表明:在钢轨曲率半径为185mm的条件下，采用第三、第五矫直规程对钢轨进行矫直时，其轨底残余应力值均小于现场矫直工艺对应的残余应力值。说明水平矫直辊中R2#,R4#,R6#,R8#的矫直规程的设计参数对重轨钢的残余应力影响较大。这为将来进一步降低重轨钢轨底残余应力提供了解决的方向。关键词:钢轨残余应力有限元模拟(1)北京

4、科技大学硕士学位论文AnalysisontheresidualstressesandthestraightdegreeoftherailbystraighteningAbstractOneimportanttargetoftherapidtransitsteelrailisthatobtainthestandardandwanttheresidualstresssmalerthan250NVa.recently,localsteelrailproductionplanthomeCannotproducerapidtransitsteelrailb

5、eforeintroducesteelrailstraighteningmachine.forObtainingtherailroadsectionrequires,eachsteelrailproductionplantmakeconstantlyimprovementsinSteelrailproductiontechnics,equipmenttosatisfytherequiresoftheusers.Forsatisfyingtherailroadsectionversustherequestofthestraightdegree,Ba

6、otousteelintroducetheadvancedsmoothandstanddoubleplanesurfacestraighteningtechniqueformtheGermanSMScompany.toimprovethestraighteningqualityofthetopspeedsteelrailandincreasetheservicelifeofthetopspeedsteelrail.Becausethesteelstrain,benddegreeandsectionalformhaveefectsonthestra

7、ighteningqualityandlessOfthecombinationstraighteningstraintheory.howtocombinetheintroducedequipmentwiththerecentStraighteningconditiontocontrolthestraightdegreeandtheremainderstressinidealityconditionhasbecomeahardquestion.Toanalyzeandstudythevariancelawoftheremainderstressin

8、thecourseoftherailstraighteningandTheefectsofallstraightentechnicsto