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高速列车车轴旋转弯曲作用下微动疲劳损伤研究

杨广雪

  轨道车辆车轴轮座部位是微动疲劳损伤的典型实例,也是影响铁路运输安全的关键问题之一。本文以高速列车轮轴过盈配合部位的微动损伤为研究对象,采用小试样模拟微动疲劳试验与有限元仿真计算相结合的方法,研究旋转弯曲载荷导致轮轴过盈配合产生微动疲劳损伤的机理。主要内容如下: (1)根据车辆轮座部的微动疲劳损伤特点,从高速列车车轴上切取试样,加工成模拟微动疲劳损伤的试样和标准光滑圆柱形试样,在四点旋转弯曲疲劳试验机上进行加载试验;通过单点疲劳试验和疲劳中断试验,研究旋转弯曲载荷下过盈配合的微动疲劳损伤规律。 (2)通过改变试样套管的几何尺寸实现轴套配合参数的变化,试验研究了过盈量、套管直径和套管长度对微动疲劳寿命的影响;在ABAQUS有限元软件中,建立套管试样的有限元模型,分析配合参数对微动疲劳寿命影响规律。 (3)在试样轴表面的不同位置制作同样的缺口,测试缺口试样的微动疲劳寿命;同时在ABAQUS有限元软件中建立含不同位置及深度裂纹的模型,利用能量法间接求解各裂纹前沿的应力强度因子,进而拟合出裂纹前沿应力强度因子与裂纹深度的关系式,通过Paris裂纹扩展模型计算裂纹扩展寿命。 (4)采用裂纹模拟技术、里兹(Ruiz)准则和Findley多轴疲劳准则三种方法,计算预测了轴套试样的微动疲劳强度,分析了它们对研究旋转弯曲载荷下过盈配合微动疲劳的适用性。 (5)依据欧洲高速列车标准EN13103,以非动力轴为对象,采用ABAQUS有限元软件,计算研究了过盈量、过渡圆弧半径、轮毂悬伸量、轮座和轴身直径比、空心度以及温度对空心车轴微动疲劳的影响规律,并采用Findley多轴疲劳准则评价了车轴轮座及邻近区域的微动疲劳强度。……   
[关键词]:高速列车;车轴;微动;旋转弯曲;过盈配合;接触压力;疲劳寿命
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:北京交通大学2011年