列车轮轴压装部位微动疲劳损伤研究

论文摘要

车轴是铁路机车车辆走行部最重要的部件,它几乎承受着机车车辆的全部重量。机车车辆在运行过程中一旦发生断轴,将引起列车脱轨、翻车等重大恶性事故。车轴的疲劳破坏一般发生于车轴轴身与车轴轮座处,而车轴轮座处发生的微动疲劳损伤由于难以检测因此其危害性更大。本文利用PQ-6型旋转弯曲疲劳试验机对35CrMo车轴钢试样进行微动疲劳试验研究。借助有限元分析软件研究了接触压力和摩擦系数对微动滑移区大小滑移幅值的影响。利用综合参数法和SWT参数法对微动疲劳裂纹萌生位置进行预测,利用SWT参数法预测了微动疲劳裂纹萌生寿命。具体结果如下：微动疲劳试验得到的应力-寿命数据显示,微动使得35CrMo车轴钢的疲劳强度大幅降低。与常规旋转弯曲疲劳强度相比,对应于105周次和106周次疲劳强度分别从600 MPa和540 MPa下降到400 MPa和200 MPa,下降幅度分别为33%和63%。由表面形貌观测可知,微动疲劳过程中伴随着非常严重的摩擦磨损现象。在试样及垫环的接触表面形成颜色较深的黑色氧化物区域和颜色较浅的红棕色强化物区域。疲劳裂纹起于接触边缘附近,且随着名义弯曲应力的增大,疲劳主裂纹源距离接触边缘的距离由1.0mm增大到4.1mm。接触压力和摩擦系数影响试样的微动疲劳寿命。微动滑移区的大小以及滑移幅值都随着接触压力及摩擦系数的增大而增大。综合参数法和SWT参数法都可以比较准确地预测微动疲劳裂纹的萌生位置。利用SWT参数法可以预测微动疲劳裂纹萌生寿命。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究历程及发展现状
• 1.2.1 微动疲劳研究历程
• 1.2.2 常规微动疲劳损伤机理及影响因素
• 1.2.2.1 常规微动疲劳实验接触形式
• 1.2.2.2 接触压力对微动疲劳损伤的影响
• 1.2.2.3 摩擦系数对微动疲劳损伤的影响
• 1.2.2.4 滑移幅值对微动疲劳损伤的影响
• 1.2.3 压装结构微动疲劳损伤
• 1.3 本论文研究工作
• 1.3.1 研究的目的
• 1.3.2 论文组成及内容
• 1.3.3 技术路线图
• 第2章 轮轴压装部位微动疲劳试验研究
• 2.1 试验试样及工装的设计
• 2.1.1 胀紧套工作原理
• 2.1.2 试样设计及接触压力计算
• 2.1.2.1 有限元求解接触问题简介
• 2.1.2.2 建模与网格划分
• 2.1.2.3 结果查看
• 2.2 微动疲劳试验
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试样制备及试验机
• 2.3 试验结果分析
• 2.3.1 S-N数据
• 2.3.2 断口及形貌观察
• 小结
• 第3章 微动疲劳损伤关键参数有限元分析
• 3.1 建模与网格划分
• 3.2 接触压力对微动区大小及滑移幅值的影响
• 3.2.1 微动滑移区大小及滑移幅值的定义
• 3.2.2 过盈量与接触压力的关系
• 3.2.3 接触压力对微动滑移区大小的影响
• 3.2.4 接触压力对微动滑移幅值的影响
• 3.3 摩擦系数对微动滑移区大小及滑移幅值的影响
• 3.3.1 摩擦系数对微动滑移区大小的影响
• 3.3.2 摩擦系数对微动滑移幅值的影响
• 小结
• 第4章 裂纹萌生位置及寿命预测
• 4.1 裂纹萌生位置预测
• 4.1.1 裂纹萌生位置预测方法
• 4.1.2 裂纹萌生位置预测
• 4.2 微动疲劳寿命预测
• 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文及参加的科研项目