基于ANSYS的轮轨滚动接触疲劳裂纹萌生研究.pdf

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1、第4期机械设计与制造2013年4月MachineryDesign&Manufacturel53基于ANSYS的轮轨滚动接触疲劳裂纹萌生研究胡军，赵运磊，陈珏(天津科技大学机械工程学院，天津300222)摘要：轴重和摩擦系数是影响列车轮轨滚动接触疲劳裂纹萌生的主要因素。以直径为860mm的LMA型踏面轮对和60k#m钢轨为例建立三维实体模型，采用有限元分析软件ANSYS分析不同轴重和摩擦系数对最大接触法向应力、接触剪切应力以及最大Mises应力的影响。分析结果表明：随着轴重的增加轮轨最大接触法向应力和最大Mises应力会逐渐增大，接触疲劳裂纹萌生的速度

2、则随之增大。随着摩擦系数的的增加，最大接触法向应力和最大Mises应力的变化不显著，而接触剪切应力则随之增大，加快接触疲劳裂纹的萌生。关键词：轮轨接触应力；疲劳裂纹；轴重；摩擦系数：有限元分析中图分类号：TH16；U211．5文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)04—0153—03StudyonFatigueCrackInitiationforWheel-RailRollingContactBasedonANSYSHUJun．ZHAOYLIB—lei。CHENJue(CollegeofMechanicalEngineering，Ti

3、anjinUniversityofScienceandTechnology，Tianjin300222，China)Abstract：Theaxleloadandfrictioncoefficientarethemajorfactorsofcontactfaiguecrackinitiationduetotheimpactoftrainwheel-railrolling．TheLMA-treadwheelof860mmdiameterand60kJmrailweretookforexampletocreateathree—dimensionalsol

4、idmodeLANSYSWt／$utilizedtoanalyzetheeffectofdiferentaxleloadsanddiferentfrictioncoefficientsonthemaximumcontactnormalstressandshearstress。(15well珊maximumMisesstress，respectively．TheresultsshowedthatthemaximumcontactnormalstressandmaximumMisesstresswouldincreasewiththeaxleloadin

5、creasing．Thus，theformationrateofthecontactecrackwouldincrease．Withtheincreaseofthefrictioncoeficient，thechangesofmaximl~mcontactnormalstressandmaximumMisesstresswerenotsignifcantly．However，shearstresswt2$increasedandincreasedtheinitiationofcontact触crack．KeyWords：Wheel-RailConta

6、ctStress；FatigueCrack；AxleLoad；FrictionCoeficient；FiniteElementAnalysis利用维建模软件Pro／E建立了i维轮轨滚动接触有限元1引言模型，并通过大型通用有限元软件ANSYS分析轴重和摩擦系数近年来铁路运输不断向高速、重载方向发展，创造了巨大的对滚动接触疲劳裂纹萌生的影响。研究可以对高速重载铁路轮轨经济效益和社会效益。然而高速铁路运输向科学研究提出了一系的研究和开发提供理论支撑依据。列挑战，许多关键科学技术问题急需解决，其中轮轨接触疲劳磨2·轮轨接触理论损就是铁路运输中最复杂的科学问题

7、之一。在欧洲，高速铁路技轮轨接触理论的基础是轮轨接触应力的计算，而接触应力术应用非常广泛，但是每年因为滚动接触疲劳裂纹造成钢轨断裂计算的基础是赫兹(Hertz)接触力学，根据赫兹接触理论关于弹的事故达到几百起l_I。在我国的准高速铁路广深线上，也出现了钢性体接触斑几何尺寸关系，轮轨之间的接触可以看成是两个任意轨斜线状裂纹[21。世界上许多国家对轮轨滚动接触疲劳进行了大曲面弹性体的接触，其接触斑为椭圆形，这时的轮轨接触应力按量的研究，得出了滚动接触疲劳磨损的主要过程是轮轨接触应半椭球体分布。力超出材料的屈服极限值，材料会发生塑性变形，反复载荷作用接触应

8、力值根据椭圆接触斑的长、短半轴a,b计算，如图1下，塑性变形累积增加，在材料表面和次表面形成微观裂纹；裂纹所