高速铁路道岔尖轨纵向残余应力实验研究与有限元分析

论文摘要

残余应力是高速铁路道岔尖轨合格与否的一项重要指标。尖轨生产的每个工艺环节,都会影响到成品尖轨中残余应力的分布。本文针对尖轨残余应力空冷生产过程中的产生与发展,采用模型分析和实验验证的方法,系统讲述、总结空冷阶段尖轨截面各部分残余应力的大小与分布规律,找到了单独研究尖轨空冷阶段残余应力的新途径,主要研究成果如下：1、温降和相变的不同步,使钢轨截面各部分产生不均匀的温度梯度,进而影响尖轨残余应力的大小和分布。2、散热速率对钢轨残余应力的影响很大,散热越快,钢轨残余应力越小。3、不均匀的塑性变形是残余应力产生的根本原因。4、通过建模和实验证明,U71Mn材质尖轨的残余应力比U74V材质尖轨的残余应力小。本文根据实际需要进行了现场实测,证实有限元计算结果与实测结果吻合良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 我国铁路系统简述
• 1.1.2 道岔的发展与趋势
• 1.2 道岔尖轨概述
• 1.2.1 尖轨断面
• 1.2.2 尖轨选型
• 1.2.3 尖轨加工工艺
• 1.3 尖轨残余应力的形成与危害
• 1.3.1 尖轨残余应力的产生
• 1.3.2 尖轨残余应力的危害
• 1.4 研究内容与技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 本章小结
• 第二章 钢轨冷却相关原理
• 2.1 传热分析基本理论
• 2.1.1 导热
• 2.1.2 对流换热
• 2.1.3 热辐射
• 2.1.4 全部换热
• 2.1.5 相变
• 2.2 定义弹塑性分析的材料模型
• 2.2.1 屈服准则及其条件
• 2.2.2 强化规律
• 2.2.3 塑性变形模型
• 2.3 热弹塑性基本理论
• 本章小结
• 第三章 有限元建模
• 3.1 有限单元法简介
• 3.2 物理参数的确定
• 3.3 有限元建模
• 3.3.1 建立实体模型
• 3.3.2 钢轨空冷初始条件与边界条件的确定
• 本章小结
• 第四章 模型计算结果分析
• 4.1 温度场分析
• 4.1.1 钢轨横截面温度场分布
• 4.1.2 温度场分布规律分析
• 4.2 轨头残余应力
• 4.3 轨腰残余应力
• 4.4 轨底应力分布规律及分析
• 4.5 钢轨截面Von mises应力分布
• 本章小结
• 第五章 影响残余应力分布规律的因素
• 5.1 不均匀塑性变形引起的残余应力
• 5.2 相变引起的体积变化
• 5.3 钢轨冷却速率
• 5.4 材质对钢轨残余应力的影响
• 本章小结
• 第六章 实测检验
• 6.1 横截面锯切法（取条法）理论详述
• 6.1.1 单向应力状态
• 6.1.2 二向应力状态
• 6.2 设备选择
• 6.3 实验流程
• 6.4 结果分析
• 6.4.1 U74V和U71Mn两种材质尖轨之间轨底残余应力的比较
• 6.4.2 两种材质尖轨轨底残余应力和ansys计算值之间的比较
• 6.5 模型计算结果与实测数据之间产生误差的原因
• 本章小结
• 第七章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢