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钢轨滚动接触裂纹的数值模拟分析
| 论文题名： | 钢轨滚动接触裂纹的数值模拟分析 |
| 关键词： | 钢轨;疲劳裂纹;滚动接触;数值模拟;工程力学;轮轨断裂 |
| 摘要： | 轮轨之间的滚动接触对钢轨、车轮表面造成摩擦磨损，损伤累积导致疲劳裂纹萌生、扩展，最后使得轮轨局部表面剥离、脱落，引起滚动的不平顺，进一步加速轮轨的摩擦磨损，严重的将引发轮轨断裂的灾难性破坏。因此，研究和解决轮轨的滚动接触疲劳问题，对保障行车安全是十分重要的。 滚动接触涉及物理、几何、边界三重非线性，其裂纹缺陷的研究具有较高的难度和复杂性，到目前为止，大多数研究者都是在线弹性范围内研究裂纹的断裂特性。本文采用非线性有限元软件MSC.Marc，分析计算轮轨弹塑性接触应力、钢轨中裂纹缺陷的弹塑性断裂力学特性J积分。 在车轮和钢轨的真实几何结构及边界条件基础上，建立了合理的计算分析模型。分析了钢轨和车轮接触的弹塑性应力应变场，及钢轨表面裂纹对应力应变场的影响；研究了轮轨滚动摩擦接触过程、枕木支承位置对轮轨接触应力分布的影响。 对钢轨中存在的不同形式的半椭圆型表面裂纹，建立了钢轨裂纹的计算分析模型：当裂纹长度不变，而深度变化时，计算结果表明裂纹前缘J积分随车轮滚动变化，车轮驶向裂纹部位时，J积分值逐渐增大，而车轮驶离裂纹部位时，J积分值则逐渐减小；随裂纹深度增加，车轮滚动对裂纹的影响逐渐减小；当车轮与裂纹部位距离大于30mm，车轮的滚压对裂纹几乎无影响；当裂纹长度和深度按比例变化时，结果表明裂纹前缘J积分随裂纹尺度的增大而略有增加。 综合分析得出：半椭圆型裂纹将优先向轨头深度方向扩展；半圆形裂纹比半椭圆形裂纹稳定，不容易扩展；当裂纹位于枕木上方位置时的J积分值较大，裂纹就愈易向深度方向扩展。 |
| 作者： | 薛成凤 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 赵华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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