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风沙冲蚀对高铁钢轨焊接接头的影响
| 论文题名： | 风沙冲蚀对高铁钢轨焊接接头的影响 |
| 关键词： | 高铁钢轨;焊接接头;风沙冲蚀;磨损失效;数值模拟 |
| 摘要： | 随着高铁运力及速度的提升，钢轨的平稳性以及安全性成为了人们不得不关注的焦点。而对于无缝线路，焊接接头的伤损是一个必须深入研究的课题。兰新高铁是我国乃至世界上首条穿过特大风区的高速铁路，深受戈壁腹地强劲风沙的影响，在其线路上服役的机车以及钢轨需受到多方面极大的考验。针对特大风区段的钢轨常年遭受强劲风沙冲蚀现状，通过试验以及数值模拟的方式对钢轨焊接接头的风沙冲蚀行为进行了研究，为研究钢轨的摩擦磨损、疲劳磨损、钢轨防护，以及延长钢轨服役寿命等方面提供指导及预测价值。 首先，归纳总结了无缝线路钢轨焊接接头服役期间主要伤损形式及原因；研究了特大风区形成的地理条件，统计风沙规律，为冲蚀机理研究做准备；其次，采用正交试验法，考虑冲蚀粒子粒径、冲蚀速度以及冲蚀角度三因素对钢轨焊接接头的影响，进行了气固两相流冲蚀磨损试验；采用金相显微镜、布氏硬度计以及扫描电镜等设备对磨损表面及亚表层进行分析，探究钢轨焊接接头的冲蚀磨损失效机理；最后，利用 FEM与 SPH耦合方法对钢轨焊接接头冲蚀磨损进行数值模拟研究。本文主要研究结果如下： （1）相同冲蚀条件下，焊接接头的冲蚀率小于母材区。 （2）由正交试验可得，随冲蚀粒子粒径以及冲蚀速度的增大，焊缝区与母材区的冲蚀率均在增大，其中，母材随粒径增大的增幅较焊缝区大，二者的冲蚀率随冲蚀速度的增大近乎呈直线式上升；随着冲蚀角度的增大，焊缝与母材的冲蚀率逐渐下降。 （3）根据正交试验主次影响因素分析得，冲蚀速度是影响焊缝区与母材冲蚀率的主要因素；对焊缝区来说，冲蚀粒子粒径的影响较冲蚀角度大；而对于母材，冲蚀角度对冲蚀率的影响与冲蚀粒子粒径相比较大一些。其中焊缝与母材的最大冲蚀率组合均为A3B3C1，即粒径0.355-0.600mm，冲蚀速度18m/s，角度30°。 （4）在低角度冲蚀时，珠光体与铁素体的结合缓解了珠光体的渗碳体分层方向敏感性；对于塑性材料来说，冲蚀条件相同情况下，靶材的硬度越高，耐冲蚀性越好；低角度塑性材料冲蚀时，切削磨损机制占主体，高角度时以变形磨损机制为主体；随冲蚀速度增大，母材表面冲蚀程度明显加剧。 （5）建立五颗粒冲蚀模型，将冲蚀过程通过有限元方式可视化；得出各因素与冲蚀率的关系；分析了冲蚀过程中系统内能及动能变化情况，以及焊缝区与母材区界面应力分布情况；同实验结果进行对比分析，验证模拟的准确性。 |
| 作者： | 刘菲 |
| 专业： | 材料科学与工程 |
| 导师： | 祁文军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 新疆大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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