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高速列车钢轨硌伤致损机理有限元分析

2021-06-15刘佳璐阚前华赵吉中

关键词:裂纹有限元

刘佳璐,阚前华,汪 渊,赵吉中,徐 祥

(1.西南交通大学牵引动力国家重点实验室,成都610031;2.攀钢集团攀枝花钢铁研究院,四川 攀枝花617000)

引言

《铁路安全管理条例》规定,高速铁路指设计时速在250 km/h以上(含预留),且运营初期时速在200 km/h以上的客运列车专线铁路。因其运行速度快、运输效率高、占地少、能耗低,在现代交通运输体系中扮演着越来越重要的角色。众所周知,铁路线路直接暴露在自然环境中,难免受到石子、道砟、维修工具等硬物的撞击,从而在钢轨表面造成损伤。硌伤就是比较典型的一类钢轨损伤,按其形状可分为圆锥形硌伤、球形硌伤和楔形硌伤等。硌伤不仅涉及到钢轨表面所观测到的形貌变化,硌伤坑处的残余应力也会影响轮轨本身的应力分布,严重时会造成轮轨滚动接触疲劳[1],进一步诱发钢轨局部失效。这对于钢轨后续的服役性能和高速铁路的安全运营是极大的挑战。

由于轮轨接触的复杂性和钢轨硌伤影响因素的多样性,目前国内外针对钢轨硌伤的研究较少,研究方式以现场实验为主,且多采用双圆盘装置。例如,赵相吉等[2]使用布氏硬度仪预制了含不同尺寸圆形初始硌伤的钢轨试样,使用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机进行实验,研究了含硌伤钢轨和光滑钢轨的表面硬度和磨损量,并且对比研究了含不同尺寸初始硌伤钢轨的疲劳裂纹形貌与扩展规律。实验结果表明,硌伤坑直径较小时,有助于减少硌伤部位疲劳裂纹的萌生;……

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