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含夹杂物动车组车轮轮辋疲劳分析
| 论文题名： | 含夹杂物动车组车轮轮辋疲劳分析 |
| 关键词： | 动车组;车轮轮辋;疲劳寿命;夹杂物周围;应力状态 |
| 摘要： | 铁路列车车轮是保证列车安全运行极其重要的部件，起着承重和导向的作用，车轮的安全性关系着整个列车的运行安全。随着列车速度和载重的提高，在列车安全性方面出现的问题越来越多，所以要确保其安全运行必然要求其运行水平的提高。分析高速动车组车轮的失效机理、评价在役车轮安全性，对于保证列车安全运行具有十分重要的意义。本文主要围绕CRH5型动车组车轮出现的典型失效形式辋裂，对其失效机理和车轮的疲劳寿命进行了研究，具体内容如下： 首先，基于国外标准UIC510-5和BSEN13979对动车组运行中最常见的三种工况（直道、弯道和道岔）车轮所受的载荷进行计算。通过弹塑性有限元方法分析直道工况、弯道工况和道岔工况下，车轮轮辋夹杂物周围轮辋基体应力状态。分析发现三种工况中弯道工况下应力值最大，因此在该工况下含夹杂物轮辋更易萌生裂纹。 其次，针对含夹杂物动车组车轮在不同运行工况下（直道工况、弯道工况和道岔工况），计算车轮轮辋内夹杂物萌生裂纹的临界尺寸。根据Murakami模型推出内部缺陷的疲劳极 限与缺陷尺寸的关系；通过有限元法得到不同尺寸下夹杂物周围的最大主应力；拟合出最大主应力和夹杂物尺寸的关系式；根据疲劳极限与最大主应力的关系得到夹杂物临界尺寸。不同工况下轮辋相同位置处夹杂物临界尺寸进行比较发现，弯道工况下夹杂物临界尺寸最小，在同种工况下，距踏面越近萌生轮辋裂纹的夹杂物临界尺寸越小。 然后，利用有限元法分析车轮在实际运行工况下轮辋夹杂物的形状和尺寸变化对轮辋局部应力和裂纹形核的影响规律。建立不同参数夹杂物的有限元模型进行分析，结果表明，和圆柱形或球形夹杂物相比，对于带棱角的夹杂物其形状和尺寸等参数的改变会引起夹杂物周围的轮辋局部应力明显的变化。对带尖角的夹杂物，由于尖角效应会在周围基体引起明显的应力集中，由应力集中引发夹杂物本身破裂或夹杂物周围轮辋基体产生的滑移带和空穴，从而引起疲劳裂纹成核。 最后，对弯道工况下车轮轮辋中含夹杂物时的疲劳寿命进行估算，并与不含夹杂物时的疲劳寿命进行对比。比较发现当存在夹杂物时轮辋的疲劳寿命明显缩短。 本文的研究内容可为进一步建立动车组车轮的可靠性评价提供理论和技术支持，为我国高速列车车轮安全服役提供支撑。 |
| 作者： | 蔡丽 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 陈换过 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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