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原文传递高速钢轨疲劳裂纹扩展行为研究

论文题名：	高速钢轨疲劳裂纹扩展行为研究
关键词：	钢轨;滚动接触;疲劳裂纹;扩展准则;高速铁路;数值模拟
摘要：	随着我国经济的快速发展，铁路高速化的趋势无法避免，而高速铁路的发展使钢轨的疲劳损伤变得越来越严重。因此对高速铁路钢轨疲劳裂纹扩展行为的研究对保障高速铁路的安全运营具有重要的意义。　　本文分别采用了试验和数值模拟两种方法，对高速铁路钢轨的疲劳裂纹扩展行为进行了研究：通过JD-1型轮轨试验机完成试验，利用ANSYS和LS-DYNA软件实现数值模拟。通过对试验和数值模拟结果进行分析，得到以下几个结论：　　1、在裂纹长度和其他参数相同的情况下，预制裂纹的宽度对裂纹扩展有较大的影响，宽度较大的预制裂纹更容易萌生扩展裂纹且扩展速率要更快。而实际情况下，裂纹的宽度相对于其长度而言要小很多，因此，为了尽可能的在实验室条件下模拟裂纹的扩展情况，要尽可能的采用适当的加工方法，制取宽度尽量小的预制裂纹，以贴近实际工况。同时，在对裂纹的扩展行为进行研究的过程中，尤其是进行疲劳剩余寿命预测试验时，通过对宽度大于实际工况的裂纹进行分析，能够得到更加安全的计算结果。　　2、在预制裂纹尖端处存在应力集中现象，而最大等效应力应变位于裂纹的尖端及其两侧，扩展裂纹一般在预制裂纹尖端及其两侧附近萌生。裂纹扩展的方向并不与原预制裂纹的方向完全一致，当裂纹扩展到一定程度后极易发生变向甚至分叉。　　3、通过对裂纹扩展仿真的结果进行分析得知，虽然结构及边界条件完全对称，但无论是二维仿真还是三维仿真，其裂纹的扩展方向都与原预制裂纹的方向不一致，而是呈一定的角度扩展。尤其是在二维仿真过程中，计算得到关于原预制裂纹对称的两条扩展路径，由此可以预测其可能出现裂纹分叉现象。　　4、对比发现试验结果和数值仿真结果相似，裂纹扩展路径的走势基本一致，只是存在细微差别，这是由于试验受外部因素影响及理论计算中存在假设条件无法与实际完全一致引起的。说明利用数值仿真技术可以在一定程度上对裂纹扩展行为进行研究和分析，不用完全依靠于试验结果及相关经验，在节约研究成本的同时能够对进一步研究工作的开展提供指导，具有一定的意义。
作者：	曾庆飞
专业：	机械设计及理论
导师：	刘启跃
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文