李孝滔
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李煦
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曹世豪
,
文良华
,
江晓禹
表面技术
doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.11.012
目的 利用有限元软件ANSYS对车轮滚过裂纹过程进行分析,确定轮轨接触疲劳裂纹的扩展方向. 方法 基于最大周向应力判据,用概率统计的方法对车轮滚过裂纹过程中,不同角度初始裂纹可能的扩展角度进行分析. 车轮滚过裂纹过程中,用可能扩展角度的均值作为裂纹的扩展方向计算裂纹扩展路径. 结果 用概率坐标纸拟合出的相关系数均大于98 . 5%,说明裂纹可能的扩展角度符合威布尔分布的可能性超过98 . 5%. 当裂纹长度小于700 μm时,裂纹可能的扩展角度基本符合威布尔分布;当裂纹长度达到800 μm时,裂纹尖端的等效应力强度因子( Kef )出现4个峰值;当裂纹长度达到1200 μm时,第3个峰值载荷处裂纹尖端的Kef超过了材料的断裂韧性,此时裂纹会向行车相反的方向急剧地扩展.结论 对于不同角度初始裂纹,其扩展角度基本符合威布尔分布;整个裂纹路径的趋势与实验测得的裂纹路径有较好的一致性,车轮滚过裂纹过程中,用裂纹可能扩展角度的均值作为裂纹的扩展方向可行.
关键词:
轮轨接触
,
ANSYS
,
概率统计
,
最大周向应力判据
,
威布尔分布
,
裂纹扩展路径
文良华
,
李孝滔
,
李煦
,
曹世豪
,
江晓禹
机械工程材料
doi:10.11973/jxgccl201706018
采用ANSYS有限元软件,结合疲劳与磨损耦合模型,模拟计算了10 t轮重的车轮以全滑动方式滚过初始长度100 μm、扩展角度30°的钢轨表面裂纹时裂纹的等效应力强度因子Keff,研究了钢轨疲劳与磨损的关系并分析了主、次裂纹扩展方向及出现次裂纹时主裂纹的扩展行为.结果表明:钢轨的破坏形式以疲劳损伤为主;当裂纹出现分叉之后,主裂纹尖端的应力集中会得到比较大的缓解,其等效应力强度因子下降较快;当裂纹扩展到长度大于1 mm之后,在主裂纹扩展过程中均伴随着次裂纹的出现,且主裂纹扩展方向基本不变,扩展速率逐渐加快,而次裂纹的扩展速率和扩展方向都基本不变.
关键词:
有限元方法
,
疲劳损伤
,
磨损
,
次裂纹
,
主裂纹
,
扩展路径
曹世豪
,
江晓禹
,
文良华
表面技术
目的 了解钢轨表面存在裂纹时的轮轨接触问题.方法 采用有限元分析软件ANSYS,获得不同裂纹位置的应力强度因子.结果 裂纹在接触斑边缘的位置时,应力强度因子KⅠ最大;随着轴重的增加,应力强度因子KⅠ增加,而应力强度因子KⅡ先增加,后减小;考虑摩擦力(μ=0.3)时,相对于无摩擦,KⅠ和KⅡ都明显增加,且KⅡ所占KⅠ的比例提高了15％.结论 车轮在钢轨上滚动时,轮轨间的轴重和摩擦力是影响钢轨疲劳的重要因素,轴重的提高会明显加剧钢轨疲劳,而摩擦力的影响建立在轴重的基础上,并使轴重的影响加剧.
关键词:
轮轨接触
,
轴重
,
摩擦力
,
裂纹
,
ANSYS
