重载货车进一步向着重载高速的方向发展,其所受载荷日益剧烈,因而运行过程中频繁出现疲劳破坏的事故。其中转向架摇枕在段修时多次发现多个部位产生了不同程度的疲劳裂纹,严重影响了正常的铁路运行安全。本文以大秦线上运行的K6转向架摇枕为研究对象,开展有限元强度分析及含裂纹摇枕的裂纹扩展分析。研究首先使用ABAQUS有限元软件建立了摇枕应力分析的合理有限元模型,在此基础上进一步进行了摇枕疲劳强度薄弱部位的微裂纹扩展和断裂的数值仿真分析。研究成果可为摇枕结构改进和使用维护,以及摇枕等薄壁复杂结构的疲劳裂纹扩展和疲劳寿命的仿真分析提供参考。主要研究内容与结果如下:1、结合转K6型摇枕的主要参数,依据TB/T1959-2006《铁道货车摇枕、侧架静载荷及疲劳试验》标准,建立了基于非线性接触的摇枕有限元模型。在与试验结果比较分析的基础上,探讨了加载形式、台架轴/面距、网格划分和接触系数的影响。结果表明,接触条件对有限元分析结果有重要影响,其中合理的摩擦系数μ=0.4;对于高应力部位进行网格二次合理划分可有效提高仿真精度;在心盘受力工况和单侧旁承受力工况下,比较合理的轴/面距L=160mm;加载形式对应力结果的影响较小;有限元分析结果得到了在各个工况下摇枕的疲劳裂纹可能扩展的危险部位。2、结合工程实际中摇枕出现裂纹的位置,依据标准中摇枕疲劳试验的加载情况,使用FRANC3D三维断裂分析软件在上述1中合理有限元模型的疲劳薄弱位置插入不同尺寸的裂纹,建立裂纹模型。通过计算各工况下的应力强度因子范围来判断裂纹是否会发生扩展,结果表明,摇枕底部排水孔处的裂纹扩展初始尺寸为1mm,外侧孔底部的裂纹扩展初始尺寸为2mm,端部圆弧过渡处的裂纹扩展初始尺寸为3mm。3、在各个疲劳危险部位引入初始裂纹,分别进行10个加载单元共10~6次载荷循环的裂纹扩展仿真分析,获得了不同扩展阶段的裂纹扩展速率及应力强度因子变化规律。结果表明,三个危险位置中,摇枕底部排水孔处的裂纹最为危险,外侧孔底部次之,端部圆弧过渡处较之不危险;裂纹扩展寿命主要在裂纹尺寸较小的区间内,因而工程实际中应尽可能地抑制裂纹萌生或减少铸造缺陷产生;分析验证了摇枕裂纹扩展仿真分析的合理性;并进一步总结发现了表面裂纹的扩展规律,即无论初始裂纹的形状如何,随着裂纹的扩展最终都将扩展成为一个具有一定深长比的半椭圆裂纹。