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钢轨矫直过程中应力演变规律及其影响因素的研究
| 论文题名： | 钢轨矫直过程中应力演变规律及其影响因素的研究 |
| 关键词： | 钢轨质量;矫直标准;有限元模型;残余应力;弹塑性变形 |
| 摘要： | 目前,随着经济的高速发展,铁路运输业正向着重载、高速的方向发展,因此就对钢轨的质量提出了更高的要求。影响钢轨质量的两个重要因素就是钢轨矫后平直度以及矫后钢轨内部残余应力分布。近年来,国内外对钢轨的研究表明,钢轨内部的残余应力分布不仅影响了钢轨的矫后质量,还影响钢轨的使用性能。 本文主要以弹塑性变形理论为基础,采用有限元模拟软件ABAQUS及现场实测数据应力-应变曲线,建立了钢轨矫直的三维平立复合矫直有限元模型和双交错矫直有限元模型,分别针对钢轨的平立复合矫直及双交错矫直的对比分析,说明了应力演变规律以及残余应力的形成机理。而就平立复合矫直而言,探索分析了60kg/m、75kg/m两种钢轨轨型及余热淬火形成的初始应力对钢轨中纵向应力的演变规律的影响。 研究结果表明:在标准矫直规程,即水平辊20.9mm-13.2mm-5.6mm-5.4mm,立辊13mm-8mm-3.5mm条件下,针对采用平立复合矫直和双交错矫直两种矫直方式,钢轨矫直内部应力分布规律为在第Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ矫直变形区内沿高度方向从轨头到轨底由压应力逐步过渡到拉应力,在第Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ矫直变形区内是从轨头到轨底由拉应力过渡到压应力,矫直后轨头、轨底为残余拉应力,轨腰出现拉压相间的应力,在满足平直度的前提条件下,双交错矫直下的应力值比平立复合矫直下的应力值要小,且在两种矫直方式下,均形成了“拉-压-拉”的新的应力状态;就不同钢轨轨型、不同初始应力对钢轨纵向应力影响的而言,研究结果表明:75kg/m的钢轨在矫后比60kg/m钢轨的残余应力要大,轨头相差220MPa、轨底相差16MPa,轨腰处相差仅0.7MPa;通过对钢轨加载初始应力与不加初始应力进行对比分析可知,初始应力对钢轨矫后残余应力影响不显著,计算结果分析表明其应力值不存在几何代数的叠加关系。 依据材料力学理论,对钢轨矫直过程中矫直力进行了理论计算,与计算机模拟结果与现场实测值进行了对比分析,分析结果表明:第4矫直辊上矫直力最大,为1521KN,这与现场实测相一致,为今后钢轨矫直工艺的优化提供科学的理论依据。 |
| 作者： | 仝伟 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 陈林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 内蒙古科技大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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