硬度梯度变化下钢轨疲劳裂纹萌生机理

发布时间：2023-03-07 21:07

　　随着我国铁路事业的飞速发展,钢轨的疲劳损伤问题也越来越严重,为行车安全带来极大的隐患。因此,能够更加精准地预测钢轨疲劳裂纹的萌生寿命与萌生位置,也成为众多专家学者所追求的目标。在对钢轨疲劳裂纹进行研究时,通常会把钢轨当做均质材料处理,而事实上钢轨并不是均质的,轨头在经过热处理后,会形成一个帽型的热处理硬度梯度层;在钢轨服役一段时间后,也会在轨头处形成一个加工硬化硬度梯度层。为此,本文基于硬度-屈服强度换算关系理论,结合USDFLD二次开发等技术手段,实现了钢轨的非均质化处理,并在此基础上研究了钢轨的硬度梯度层对钢轨疲劳裂纹萌生以及轮轨硬度匹配的影响,具体研究如下:(1)基于硬度-屈服强度换算关系,利用最小二乘法,为车轮钢CL6O钢以及钢轨U78CrV拟合了硬度-屈服强度换算关系式,利用该硬度-屈服强度换算关系式并结合USDFLD二次开发技术,在钢轨中较为准确地模拟了钢轨的帽型热处理硬度梯度层以及加工硬化硬度梯度层。(2)以钢轨内部应力应变状态、钢轨表面接触应力、疲劳裂纹萌生寿命与萌生位置为指标,研究了钢轨的硬度梯度层对钢轨疲劳裂纹萌生的影响。结果表明,热处理硬度梯度与加工硬化硬度梯度钢...

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【学位级别】：硕士

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摘要
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第一章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 钢轨疲劳裂纹的萌生
        1.2.2 轮轨硬度匹配
        1.2.3 钢轨的硬度梯度及梯度材料的处理
        1.2.4 硬度与强度的换算关系
    1.3 研究内容及研究思路
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究思路
第二章 钢轨与车轮硬度-强度换算关系的建立
    2.1 硬度与强度的关系
        2.1.1 硬度
        2.1.2 抗拉强度和屈服强度
        2.1.3 硬度与强度相关关系的力学原理
    2.2 建立硬度-强度换算关系中的问题
    2.3 铬钒钢及铬锰硅钢洛氏硬度(HRC)与抗拉强度关系的建立
        2.3.1 数据收集
        2.3.2 数据拟合
    2.4 本章小结
第三章 硬度梯度的模拟方法
    3.1 分层法
        3.1.1 应力突变
        3.1.2 对复杂材料建模困难
    3.2 USDFLD法
        3.2.1 USDFLD简介
        3.2.2 算例分析
        3.2.3 使用USDFLD需额外注意的问题
    3.3 本章小结
第四章 硬度梯度对钢轨疲劳裂纹萌生影响规律研究
    4.1 疲劳萌生寿命预测模型
        4.1.1 疲劳萌生寿命定义
        4.1.2 疲劳裂纹萌生寿命预测方法
    4.2 轮轨接触有限元模型的建立
        4.2.1 轮轨接触有限元模型的建立
        4.2.2 热处理硬度梯度轨有限元模型的建立
        4.2.3 加工硬化硬度梯度轨有限元模型的建立
    4.3 硬度梯度对钢轨疲劳裂纹萌生的影响
        4.3.1 硬度梯度对钢轨内部应力应变状态的影响
        4.3.2 硬度梯度对钢轨表面接触应力的影响
        4.3.3 硬度梯度对钢轨疲劳裂纹萌生的影响
    4.4 硬度梯度变化下钢轨疲劳裂纹萌生影响因素分析
        4.4.1 硬度梯度变化下摩擦系数对钢轨疲劳裂纹萌生的影响
        4.4.2 硬度梯度变化下轮载力对钢轨疲劳裂纹萌生的影响
    4.5 本章小结
第五章 考虑硬度梯度变化的轮轨硬度匹配研究
    5.1 最佳硬度匹配区
    5.2 热处理硬度梯度对新轮新轨硬度匹配的影响
        5.2.1 车轮硬度设置
        5.2.2 热处理硬度梯度对新轮新轨硬度匹配的影响
    5.3 新轮旧轨状态下轮轨硬度匹配
        5.3.1 计算模型
        5.3.2 新轮旧轨轮轨硬度匹配
    5.4 旧轮新轨状态下轮轨硬度匹配
        5.4.1 计算模型
        5.4.2 旧轮新轨轮轨硬度匹配
    5.5 旧轮旧轨状态下轮轨硬度匹配
        5.5.1 计算模型
        5.5.2 旧轮旧轨轮轨硬度匹配
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要研究结论
    6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3757889