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基于声发射技术的轮轴疲劳裂纹扩展规律研究
| 论文题名： | 基于声发射技术的轮轴疲劳裂纹扩展规律研究 |
| 关键词： | 车辆轮轴;疲劳裂纹;声发射;剩余强度;高速铁路 |
| 摘要： | 作为高铁车辆行走部件的轮轴，在运行中会受到路谱、振动与冲击、摩擦力和惯性力等力的作用，容易出现各种损伤，主要失效形式是疲劳损伤，其表现形式主要是疲劳裂纹。为保证高速铁路的行车安全，需对其轮轴的疲劳裂纹扩展过程进行理论与实验研究。目前，轮轴疲劳裂纹的研究依然局限于磁粉检测和超声波检测这两种传统的实验研究方法，因为不能准确地描述轮轴疲劳裂纹的萌生和扩展规律，所以它们都不能有效地指导裂纹的机理性研究，为轮轴的抗疲劳设计提供理论依据。因此，能够反映轮轴疲劳裂纹的萌生和扩展规律，并指导裂纹机理性研究的轮轴疲劳裂纹检测技术，成为确保轮轴安全可靠运行的关键技术之一。 本文采用基于声发射原理的无损检测方法，以日本引进的CRH2-S38C轮轴结构为研究对象，进行轮轴过盈配合的接触变形分析，完成测试建模;通过对疲劳裂纹AE信号的提取，提出基于AE表征参数的轮轴疲劳裂纹扩展分析方法;借助疲劳裂纹损伤理论，研究声发射表征参数与轮轴疲劳强度模型之间的关系，进行轮轴疲劳剩余强度预测的研究。具体研究内容如下: (1)采用弹性力学中的解析法以及有限元法对轮轴接触面进行力学分析，计算轮轴的接触应力。由于弹性力学解析法采用的是平面应变问题的计算方法，并不能够真正考虑到边缘效应，通过轴对称的有限元分析方法，进一步分析轮座的接触应力及应力变化，为后期轮轴疲劳裂纹实验模型的建立及测试点的选择提供理论依据。 (2)根据金属裂纹的声发射特点，进行轮轴疲劳裂纹测试方法的研究;结合声发射测试系统，确定实验方案，完成传感器、其他实验设备的选型以及测试系统的集成等工作。再结合ANSYS应力云图，进行测试模型及其测试点数选择的研究，建立测试模型;在青岛四方股份工程实验中心的疲劳实验台上进行轮轴疲劳裂纹扩展行为的实验研究，完成AE实验数据的采集。 (3)分析实验数据，针对轮轴疲劳裂纹的声发射特点，进行表征裂纹的AE参数提取方法的研究，使其能够反映轮轴疲劳裂纹的萌生和扩展规律。 (4)将AE参数模型与疲劳损伤模型相结合，得出基于AE参数描述的轮轴剩余强度模型，并将此模型与Paris公式进行对比，证明其可行性。 |
| 作者： | 郭红霞 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 齐红元 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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