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轮轨滚动接触疲劳裂纹萌生及扩展分析研究
| 论文题名： | 轮轨滚动接触疲劳裂纹萌生及扩展分析研究 |
| 关键词： | 高速铁路;轮轨接触;疲劳裂纹;弹塑性分析;应力强度因子 |
| 摘要： | 随着我国高速铁路的飞速发展,列车运行速度和载重不断提高,铁路运输业对科学研究提出了一系列挑战,一些亟待解决的问题也随之而来,例如如何解决由轮轨摩擦热产生的热应力而引发的车轮踏面和钢轨表面的擦伤、剥离等热损伤、热疲劳问题成为许多专家学者长期研究的课题。 钢轨是轮轨接触系统中极其重要的部件,在列车运行过程中直接承受复杂的车辆荷载,车轮作为高速列车运行的执行部件,其与轨道的接触力学行为涉及到高速列车的运营安全。近年来,由于列车运行环境逐渐恶化,同时保证列车运行的安全性、稳定性、长期性、舒适性等要求,机车车轮、轨道等轮轨接触关键部位成为了研究人员的主要研究对象。然而,轮轨具有复杂的几何尺寸,轮轨接触方式及载荷传递形式同样不易于试验和模拟分析,再加上轮轨材料的高度非线性,使得轮轨滚动接触的真实工况很难在试验中得到分析研究,因此运用有限元法进行计算机仿真模拟成为了解决这类问题的主要方法。 本文首先对轮轨滚动接触的研究现状以及存在的问题进行了总结,说明了轮轨滚动接触疲劳破坏具有重要的研究价值,疲劳裂纹的萌生及扩展涉及到轨道的寿命及列车的运营安全;其次,介绍了Hertz接触理论,该理论为简化轮轨接触问题提供了解答,为以后更进一步地分析轮轨接触奠定了基础,并得出了一些具有指导性意义的结论,随着有限元法及计算机的快速发展,数值模拟成为主要的分析方法;再次,介绍了断裂力学相关理论,指出运用应力强度因子建立断裂准则是合理的,并推导了圆形片状裂纹表面承受法向均布荷载时,裂纹前沿应力强度因子的精确解;最后,应用有限元软件ANSYS建立轮轨接触有限元模型,分析了地基刚度、温差对轮轨接触弹塑性应力场的影响,并讨论了不同速度对轨道底部裂纹尖端附近的应力场和位移场的影响,以及车轮滑过表面带有竖向裂纹的轨道时,裂纹尖端Mises应力、切应力等随滑动时间的变化规律。 |
| 作者： | 车鸿博 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 吴亚平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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