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低温服役条件下高速动车组车轮失效机理及疲劳可靠性评价研究
| 论文题名： | 低温服役条件下高速动车组车轮失效机理及疲劳可靠性评价研究 |
| 关键词： | 高速动车组;车轮;失效机理;疲劳可靠性 |
| 摘要： | 高速动车组车轮是机车车辆走行部的最重要零件，承担着动车组重量承载、列车移动等功能，是直接关系着高速动车组运行安全的关键部件。目前，高速动车组列车均装备了复合制动系统(WSP)，具备防滑功能。但在实际运营中高速动车组仍然时常发生车轮抱死等故障，致使轮轨间产生相对滑动。低温服役条件下的轮轨粘着系数因高速动车组需要经历低温、雨水、结冰等工况而变小，致使轮轨间的相对滑动更加频繁。轮轨间的相对滑动会使车轮产生擦伤，在动车组高速运行中车轮的擦伤会引起轮轨冲击。因此，开展低温服役条件下高速动车组车轮的疲劳可靠性研究具有重要意义。 从轮轨相对滑动角度，对低温服役服役条件下高速动车组车轮的失效机理进行研究。以擦伤型高速动车组车轮为研究对象，采用有限元方法建立轮轨滚动和车轮裂纹扩展模型，依据仿真数据对擦伤型车轮进行疲劳可靠性分析，具体包括以下几个方面: 考虑高速动车组的车轮通过“滚/碾成型”和“局部热处理”制造工艺，导致同种材料的轮辐和轮辋结构具有梯度性能特征，其轮辐、轮辋区域材料的力学性能不同，故在-40℃低温条件下，依据相关试验标准，分别对取自车轮轮辐、轮辋区域的试样件进行拉伸、升降法疲劳极限、成组法概率S-N曲线及疲劳裂纹扩展等试验，以便获取轮辐、轮辋区域材料在-40℃下的力学性能参数，为后续的车轮疲劳可靠性分析提供模型参数。 建立轮轨滑动全耦合热机模型，通过有限元仿真研究滑动工况下轮轨的温度/应力场分布。结合材料相变特性划定轮轨擦伤区域，分析低温条件下轮轨微小滑动造成擦伤的生成机理，并计算了环境温度和轮轨摩擦系数对车轮擦伤尺寸的影响。 建立踏面擦伤型车轮的轮轨滚动接触模型，研究擦伤型车轮擦伤区域在滚动接触中的应力分布，进一步确定列车行进速度对车轮最大Mises应力的影响。采用Haigh-Goodman曲线分别对轮辐、轮辋区域的疲劳强度作出安全评判，并采用应力-强度干涉模型对轮辐的疲劳强度进行可靠性评估。 利用等效理论将车轮擦伤等效为轮辋表面的椭圆裂纹，建立裂纹扩展的有限元模型，计算获取裂纹尖端应力强度因子，基于损伤容限法对踏面擦伤型车轮在当前维修制度下的低温脆性断裂作出评估。 |
| 作者： | 张鹏 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 胡明 |
| 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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