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原文传递钢轨损伤行为的研究

论文题名：	钢轨损伤行为的研究
关键词：	铁路工程;钢轨损伤行为;最大周向应力;等效应力强度因子断裂判据;有限元分析
摘要：	钢轨作为铁路运输的重要组成部件，随着高速和重载铁路的快速发展，对钢轨的性能也提出了越来越高的要求。钢轨的损伤形式主要有疲劳、磨耗及剥离，若钢轨出现这些损伤形式后，得不到及时处理，就会对列车的行车安全造成很大的影响，严重时还可能造成钢轨的断裂。因此，研究钢轨的损伤行为，可以更清晰的了解钢轨的损伤机理，减少钢轨的维修费用，并保障列车的行车安全。　　本文通过有限元软件ANSYS，研究了钢轨表面斜裂纹的裂纹扩展路径。首先，介绍了最大周向应力并证明了最大周向应力分析裂纹扩展路径的适用性。然后，应用最大周向应力和等效应力强度因子断裂准则分析计算轮轨接触条件下斜裂纹的扩展路径;研究了考虑次裂纹后主裂纹的扩展路径;不同间距的多裂纹的扩展路径;裂纹疲劳与磨耗的竞争机制。得到以下结论: 　　1、最大周向应力判断轮轨接触下斜裂纹的扩展路径问题具有局限性，而采用等效应力强度因子断裂准则能比较真实地模拟出斜裂纹的扩展路径。　　2、车轮纯滚动和全滑动作用下，斜裂纹的扩展速率都是在裂纹的扩展方向出现转角（锐角变为钝角）时达到最大。　　3、考虑次裂纹后，主裂纹尖端的应力集中会得到释放，而使等效应力强度因子减小;并且考虑次裂纹后，主裂纹和次裂纹扩展方向都基本不变。　　4、裂纹不管是间隔0.5mm还是间隔1mm，第二条裂纹在扩展过程中都会产生分叉裂纹，最终两条主裂纹相交，使钢轨表面发生剥离掉块。并且裂纹之间间距的大小对裂纹扩展速率有比较明显的影响。　　5、不管是单裂纹还是多裂纹，裂纹的扩展速率都明显大于裂纹的磨耗速率，即本文条件下钢轨的破坏形式以接触疲劳为主。
作者：	文良华
专业：	工程力学
导师：	江晓禹
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文