【摘 要】
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固定辙叉由于其本身的结构不平顺,列车通过时,必将引起较大的冲击力,同时辙叉内部会产生复杂的内力作用,在受到连续循环复杂应力作用下便会产生滚动接触疲劳裂纹,从而影响其服役寿命。为进一步明确固定辙叉滚动接触疲劳裂纹的萌生位置及疲劳裂纹萌生寿命,探究不同因素对裂纹萌生的影响规律,本文以LM车轮通过9号固定辙叉区为研究对象,运用ANSYS/LS-DYNA建立了具有真实几何形状的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模
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固定辙叉由于其本身的结构不平顺,列车通过时,必将引起较大的冲击力,同时辙叉内部会产生复杂的内力作用,在受到连续循环复杂应力作用下便会产生滚动接触疲劳裂纹,从而影响其服役寿命。为进一步明确固定辙叉滚动接触疲劳裂纹的萌生位置及疲劳裂纹萌生寿命,探究不同因素对裂纹萌生的影响规律,本文以LM车轮通过9号固定辙叉区为研究对象,运用ANSYS/LS-DYNA建立了具有真实几何形状的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,计算了时域内真实情况下车轮通过辙叉区的轮轨滚动接触行为。通过J-S疲劳裂纹萌生寿命预测模型,对不同因素下的滚动接触疲劳裂纹萌生位置及寿命进行预测。主要工作和结论如下:车轮以80 km/h的速度通过辙叉区时,轮轨过渡始于心轨顶宽21.2 mm处,并在心轨顶宽26.8 mm处完成过渡。速度越大,心轨上轮载过渡的位置越靠后,轮轨过渡段长度越短。在轮轨过渡之前,由于翼轨中心线发生偏折而导致明显的轮重减载情况,并且速度越大轮重减载越明显。车轮过岔速度越大,轮轨之间受到的冲击作用越明显,轮轨力、接触应力、等效应力和剪切应力都会相应增大;对于塑性等效应变,速度越大,塑性等效应变越大,但影响不大。当行车速度为120 km/h时,车轮过渡心轨达到峰值后,迅速减小,后再次达到另一个峰值,有较强的震荡趋势。车轮过岔速度越大,轮轨之间受到的冲击作用越明显,接触应力、等效应力和剪切应力均相应增大。扣件系统刚度在25 k N/mm到35 k N/mm范围内时,辙叉区扣件系统垂向刚度对轮轨力、接触应力、等效应力和剪切应力影响较小。但随刚度的增大,有略微的增大趋势。不同行车速度下滚动接触疲劳裂纹萌生位置都发生在心轨顶宽30 mm处,裂纹萌生面与横向夹角发生在80°到100°之间,而裂纹面与垂直方向夹角差异较大,较难预测。并且速度越大,轮轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命越小;不同行车速度下滚动疲劳裂纹萌生都发生在心轨表面,且行车速度越大,疲劳寿命越小。不同扣件垂向刚度对滚动接触疲劳裂纹萌生的影响较小,裂纹萌生位置同样都发生在心轨顶宽30 mm处,裂纹萌生面与横向夹角发生在80°到100°之间,而裂纹面与垂直方向夹角差异较大,较难预测。同样,不同垂向刚度下滚动接触疲劳裂纹均发生在心轨表面,三种工况下最小滚动接触疲劳裂纹寿命均为2.4万次。
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