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轴箱内置型铁路车轴疲劳性能与寿命评估

论文摘要

开展了EA4T合金钢材料的低周疲劳试验、旋转弯曲高周疲劳试验与裂纹扩展速率试验,考虑载荷类型、表面质量与尺寸系数等因素,修正了标准小试样疲劳极限以预测全尺寸车轴的疲劳性能;建立了轴箱内置铁路车轴（内箱车轴）的有限元模型,分析了内箱车轴与传统轴箱外置铁路车轴（外箱车轴）临界安全部位的差异;基于安全寿命设计理论,结合修正的线性Miner疲劳累积损伤准则和载荷谱,研究了内箱车轴的疲劳强度与服役性能;分别采用Paris公式、NASGRO方程和LAPS模型拟合了裂纹扩展速率曲线,基于损伤容限设计方法估算了内箱车轴和外箱车轴的裂纹扩展寿命。研究结果表明:标准小试样的疲劳极限明显高于全尺寸车轴,其疲劳极限均值分别为369、286 MPa;与传统外箱车轴相比,由于加载位置的改变,内箱车轴的临界安全部位从卸荷槽处转移至轴身中部;内箱车轴疲劳总寿命为2.5×1012 km,满足30年服役寿命的设计要求;但是在运输或服役过程中车轴表面不可避免会存在缺陷,缺陷处存在严重的应力集中,为裂纹的萌生和扩展提供了便利条件,使车轴疲劳寿命大幅降低;当车轴临界安全部位的裂纹深度扩展到5 mm时,内箱车轴和外箱车轴的剩余寿命分别仅为3.2×105、2.0×105km,应根据无损探伤精度合理制定无损检测周期,确保车轴安全服役。

论文目录

  • 0 引 言
  • 1 车轴材料与试验
  • 2 车轴计算模型
  •   2.1 车轴几何结构
  •   2.2 接触分析设置
  •   2.3 边界约束与载荷
  •   2.4 车轴临界安全部位
  • 3 试验结果分析
  •   3.1 低周疲劳特性
  •   3.2 高周疲劳特性
  •   3.3 疲劳裂纹扩展速率
  • 4 车轴寿命评估
  •   4.1 基于损伤累积的寿命评估
  •   4.2 基于损伤容限的寿命评估
  • 5 结 语

    • 文章来源

    类型: 期刊论文

    作者: 刘宇轩,吴圣川,李存海,康国政,梁树林

    关键词: 车辆工程,高速车辆,内置轴箱,车轴,疲劳性能,损伤容限,载荷谱

    来源: 交通运输工程学报 2019年03期

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅱ辑

    专业: 铁路运输

    单位: 西南交通大学牵引动力国家重点实验室

    基金: 国家自然科学基金项目(11572267),四川省科技计划项目(2017JY0216),牵引动力国家重点实验室自主研究课题(2018TPL_T03)

    分类号: U270.33

    DOI: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2019.03.011

    页码: 100-108

    总页数: 9

    文件大小: 2960K

    下载量: 258

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    本文来源: https://www.lunwen66.cn/article/c31305db354d885807fc3759.html