1020 / 2023-02-10 09:26:38

基于钢轨滚动接触疲劳损伤试验的安定图优化研究

在列车运行过程中，轮轨界面存在复杂的交变载荷状态，轮轨材料在复杂和循环的外部载荷条件下会产生不同的行为响应，主要包括磨损和疲劳损伤。为了降低轮轨材料的磨损和疲劳损伤，延长轮轨的服役寿命，主要针对疲劳损伤的形成和发展过程需要建立预测模型和方法，以准确预测疲劳裂纹损伤的产生和发展，进一步的控制和减轻轮轨材料的疲劳损伤行为。其中，安定图是目前铁路工程轮轨滚动接触疲劳损伤主要预测模型之一，其用于描述和预测轮轨材料在三个不同参数（最大接触应力P₀、材料剪切屈服强度k_e和摩擦系数μ）下的响应，可分为四个状态：弹性、弹性安定、塑性安定和棘轮。本研究详细梳理了线接触经典安定图的构建过程，指出了经典安定图存在的不准确之处，提出了基于钢轨滚动接触疲劳不同损伤状态以优化安定图的方法，研究目的为基于U75V钢轨滚动接触疲劳损伤状态进一步优化安定图。首先基于经典安定图坐标选取试验参数，通过双盘滚动磨损与接触疲劳模拟试验机开展不同参数的滚动接触疲劳试验。其次通过扫描电子显微镜（SEM）和电子天平系统地分析损伤钢轨试样的疲劳损伤状态和磨损率，根据损伤钢轨试样剖面和表面损伤状态的差异，区分不同程度的疲劳损伤。最后，将不同损伤状态对应的试验参数点在安定图中划分出新的区域，并通过数值拟合方法获得不同损伤状态区域的分界曲线，即安定图不同区域边界线。优化结果表明：经典安定图中棘轮区的下界线向安定图左下方下降，即优化后安定图棘轮区的范围扩大，优化后的安定图将更准确地预测研究不同轮轨接触条件下的疲劳损伤行为。