液体对轮轨滚动接触疲劳作用下的钢轨表面裂纹扩展机理的影响
滚动接触疲劳短裂纹扩展机制及预防研究
滚动接触疲劳短裂纹扩展机制及预防研究曹世豪;李煦;文良华;江晓禹【摘要】采用有限元分析软件ANSYS,在无摩擦、纯滚动、全滑动三种运行状态下,研究钢轨表面短裂纹的疲劳断裂机制,并分析轮轨间摩擦因数对接触疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明,轮轨接触的疲劳裂纹为张开型和滑开型同时存在的复合型裂纹,裂纹发生张开型破坏的最危险位置在接触斑边缘的位置;随着裂纹角度的增加,应力强度因子KⅠ增加而KⅡ减小,其中60°裂纹的扩展速率最快;摩擦力的存在明显加剧了裂纹扩展速率,且随着摩擦因数的增加而增大.对钢轨表面预防性打磨周期进行预测时,以60°裂纹为基准的预测结果偏安全.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2014(039)007【总页数】8页(P44-50,76)【关键词】轮轨接触;疲劳;短裂纹;摩擦因数;裂纹角度【作者】曹世豪;李煦;文良华;江晓禹【作者单位】西南交通大学力学与工程学院四川成都 610031;西南交通大学力学与工程学院四川成都 610031;西南交通大学力学与工程学院四川成都 610031;西南交通大学力学与工程学院四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】TH117.1轮轨接触疲劳是指轮轨接触过程中，由于车轮对钢轨的循环力作用，使得接触区钢轨表面或次表面形成微裂纹，随后微裂纹扩展，导致钢轨表面大块剥离，甚至发生断裂[1]。
随着铁路客货运量的增大和列车运行速度的提高，轮轨接触疲劳破坏变得越来越严重，尤其是高速重载线路,直接危害行车安全。
例如，2000年10月17日,英国的一列高速列车在从伦敦的King’s Cross 开往Leeds 的途中，由于曲线外侧钢轨的断裂造成4 人死亡70 人受伤的重大事故[2]；2002年12月广深线曲线半径为1 000 m的上股钢轨，先后有两处由踏面斜裂纹导致的钢轨横向断裂[3]。
世界各国对轮轨接触疲劳进行了大量的分析研究，关于产生机制则说法不一。
轮轨滚动接触弹塑性分析及疲劳损伤研究
轮轨滚动接触弹塑性分析及疲劳损伤研究一、本文概述《轮轨滚动接触弹塑性分析及疲劳损伤研究》是一篇针对轮轨系统滚动接触行为及其引发的弹塑性变形和疲劳损伤问题的综合性研究文章。
本文旨在通过理论分析和实验研究，深入探索轮轨滚动接触过程中的弹塑性力学特性，以及由此产生的疲劳损伤机制和预防措施。
文章将系统介绍轮轨滚动接触的基本理论，分析弹塑性变形对轮轨接触性能的影响，探讨疲劳损伤的产生机理和影响因素，并在此基础上提出优化轮轨设计和维护策略的建议。
本文的研究成果将为提高轮轨系统的运行安全性、稳定性和寿命提供理论支持和实际指导。
二、轮轨滚动接触弹塑性分析轮轨滚动接触弹塑性分析是理解轮轨系统动力学行为以及预测轮轨疲劳损伤的关键。
本章节将深入探讨轮轨滚动接触的弹塑性分析理论和方法。
在轮轨滚动接触过程中，由于轮轨材料的弹塑性特性，接触区域内的应力分布和变形情况十分复杂。
为了准确描述这一现象，我们需要引入弹塑性力学理论，该理论能够综合考虑材料的弹性变形和塑性变形。
在弹塑性分析中，材料的应力-应变关系不再是线性的，而是呈现出非线性特性。
当应力低于材料的弹性极限时，材料发生弹性变形，应力与应变之间遵循胡克定律；当应力超过弹性极限后，材料发生塑性变形，应力与应变之间的关系变得复杂，需要考虑材料的塑性流动和硬化行为。
对于轮轨滚动接触问题，通常采用有限元法或边界元法等数值方法进行求解。
这些方法能够考虑轮轨的几何形状、材料属性、接触条件等多种因素，从而得到接触区域内的应力分布、变形情况以及轮轨之间的接触力等关键信息。
在弹塑性分析中，还需要考虑材料的疲劳特性。
疲劳是指材料在循环应力或应变作用下，逐渐产生损伤并最终导致破坏的过程。
对于轮轨材料，疲劳损伤是一个重要的失效模式，因此，在弹塑性分析中，我们需要结合材料的疲劳特性，预测轮轨的疲劳寿命和疲劳损伤分布。
轮轨滚动接触弹塑性分析是一个复杂而重要的问题。
通过引入弹塑性力学理论和数值方法，我们能够更准确地描述轮轨滚动接触过程中的应力分布、变形情况以及疲劳损伤等问题，为轮轨系统的设计和优化提供有力支持。
钢轨损伤处置方案及措施
钢轨损伤处置方案及措施钢轨是铁路交通中的一个关键组件，其失效或损伤将会对铁路交通安全产生严重威胁。
因此，及时发现并有效处置钢轨损伤是铁路运行维护工作中的重要一环。
钢轨损伤类型及危害钢轨损伤主要包括以下几类：1.疲劳裂纹：由于轮重、速度等因素对钢轨的冲击，会在钢轨内部产生一定的应力和变形，最终导致钢轨疲劳断裂。
2.磨损：由于列车在钢轨上运行摩擦力的作用，会导致钢轨表面的金属材料逐渐磨损、削弱。
3.腐蚀：一些外界因素（例如雨水、化学品等）会导致钢轨表面产生腐蚀，进一步加剧钢轨损伤。
钢轨损伤如果不能及时处理，将会对铁路交通安全产生严重威胁，具体表现如下：1.影响铁路列车的行驶安全。
2.影响铁路线路的稳定性和平稳性。
3.影响列车运行速度。
因此，及时发现、处理和维护钢轨损伤是非常关键的。
钢轨损伤处理流程当出现钢轨损伤情况时，需要按照以下流程进行处理：1.调度员接到报告，处理应急措施：调度员需立即将情况通报铁路保安警察，并要求相关工作人员立即通知列车行车、检查情况，为了避免发生其他问题，调度员应当要求列车行驶速度减缓。
2.工程师现场勘察：为了对钢轨损伤进行正确判断和处理，铁路工程师需要前往现场进行勘察和评估，以确定具体的损伤程度和处理方式。
3.编制处理方案：依据工程师的勘察和评估结果，铁路管理方需制定处理方案，明确损伤的具体情况、所需的修复工作和安全保障措施等。
4.维修及后续观察工作：铁路管理方将组织具有专业技术的工程师和作业人员进行钢轨维修工作，并对维修后的钢轨进行反复观察和检查，确保维修工作质量，从而保障铁路行车安全。
钢轨损伤处置措施为了高效地处置钢轨损伤，我们可以采取以下一系列措施：1.及时维护：钢轨损伤需要在最短时间内得到处理，为此可以采取及时的清洁和维护工作，确保钢轨的表面光滑，避免接触面过于磨损和局部钢轨失效。
2.保养涂层：通过在钢轨表面涂覆保护涂层，可有效延长其使用寿命，同时可减轻磨损和腐蚀情况。
铁道车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹研究综述
铁道车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹研究综述铁道车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹（简称RFR）是铁道车辆和轮轨接触的一种主要的疲劳破坏现象，它的产生和发展会导致铁道路线的安全性、质量以及耐久性受到严重影响，严重制约了火车的安全运行。
所以，开展对RFR的研究工作具有十分重大的意义。
RFR的研究可以说是铁路车轮磨损研究的一个重要组成部分，而铁路车轮磨损研究则是目前铁路技术研究中非常重要热点之一。
RFR 在现有研究中表现出很强的复杂性，研究它们涉及到多种不同的科学和技术领域，涉及到应力分析、滚动接触理论、流体力学、材料科学及实验技术等多类问题。
从基础理论及应用技术两个层面来探索RFR 的发生形式和机理，是关于RFR的研究考虑的重点。
从基础理论层面分析RFR的形成，对RFR的研究包括结构分析和力学分析。
结构分析在了解RFR破坏机理和现象的发生形式，并设计和改进钢轨结构方面有着重要的意义和应用价值。
力学分析主要是研究RFR的发生机理，比如滚动接触疲劳，车辆和轮轨接触应力，车轮磨耗，车轮温度，车轮局部接触分布等，从而研究RFR的发生原因及防治措施。
从应用技术层面分析RFR的形成，可以通过实验室进行模拟，采用理论和实验结合的方法研究RFR的发生原因及防治措施，比如研究环境影响、车辆行驶特性等对RFR的影响；采用数值模拟和试验对比研究RFR滚筒表面结构，滚子轴承形状设计及其结构参数，研究RFR 的材料弹性模量和摩擦系数等；采用反演有限元方法研究RFR破坏前后滚动接触应力及变形分布等。
随着研究不断深入，RFR的预防技术也在发展壮大。
研究表明，通过限制车轮的偏转，采用新型材料滚筒，安装智能传感器，并实施有效的质量控制程序，有助于减少或预防RFR的发生。
综上所述，RFR的研究是现代铁路技术研究的一个重要组成部分，它的形成与发展会对铁路安全及质量产生重大影响。
目前，RFR的研究包括结构分析、力学分析、应用技术研究、以及应用于现场的预防技术等，都是关于RFR的研究核心领域，未来，研究人员将更多地关注这一热点，继续加强研究，以改善铁路安全性，以及提升铁路安全性和质量。
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析1. 引言1.1 研究背景动车组在现代铁路运输中扮演着重要的角色，其安全性和可靠性是保障铁路运输顺畅的关键因素之一。
而动车组的车轮滚动接触疲劳是影响动车组安全运行的重要问题之一。
在列车运行过程中，车轮与轨道接触会产生滚动磨损，长时间的运行会导致车轮表面疲劳裂纹和损伤，最终影响车轮的安全性和运行稳定性。
针对CRH2动车组的车轮滚动接触疲劳问题，有必要开展深入研究和分析，以解决这一问题并提高动车组的运行安全性和寿命。
通过系统地分析车轮滚动接触疲劳的原理和影响因素，可以为制定有效的防护和维护措施提供科学依据。
对CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳进行分析研究具有重要的理论和实践意义，对提高动车组的运行效率和安全保障具有积极的推动作用。
1.2 研究目的研究目的是为了深入了解CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳的机理，探讨影响车轮疲劳寿命的因素，提出相应的改进措施以提高车轮的使用寿命和安全性。
通过分析车轮疲劳损伤的原因和规律，可以为制定维护保养计划、优化车轮设计提供理论支持和实验依据。
研究车轮的滚动接触疲劳特性还可以为铁路运输安全和效率提供重要的参考依据，为进一步提升中国高铁运行的水平和品质做出贡献。
通过对CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳的分析研究，可以揭示其内在机理，探讨解决方案，为提升铁路运输安全和效率提供理论指导和技术支持。
1.3 研究意义车轮滚动接触疲劳是动车组运行过程中不可避免的问题，其发生可能会对列车的安全性和运行稳定性造成影响。
对CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳进行分析具有重要的研究意义。
研究CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳有助于深入了解车轮在实际运行中的工作状态和性能表现。
通过对疲劳特性的深入研究，可以为改进车轮设计、制造工艺和维护保养提供重要参考，进而提高车轮的使用寿命和运行安全性。
研究CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳可以为相关领域提供有益的经验总结和技术积累。
高速铁路钢轨的开裂与裂纹扩展机理分析
高速铁路钢轨的开裂与裂纹扩展机理分析摘要：高速铁路的安全性和运营效率对铁轨的质量和可靠性有着严格的要求。
然而，由于高速列车的高速运行以及复杂的动力环境，钢轨会面临一系列的损伤和开裂问题。
本文将针对高速铁路钢轨的开裂问题进行综合分析，并重点讨论裂纹的扩展机理，以期推动铁路行业的技术进步和安全性提升。
1. 引言随着高速铁路交通的快速发展，高速铁路钢轨的质量和可靠性成为保障其安全运营的重要因素。
然而，由于复杂的动力环境和长时间高速运行，钢轨在使用过程中容易发生开裂和损伤，严重影响线路的安全性和运营效率。
因此，深入分析钢轨的开裂与裂纹扩展机理对于确保高速铁路的正常运营和安全性具有重要意义。
2. 钢轨开裂原因分析开裂是钢轨损伤的常见问题，引起开裂的原因有很多，主要包括以下几个方面：2.1 动载荷高速列车的高速运行会产生强大的动力载荷，这些载荷将直接作用于钢轨上。
当载荷超过钢轨的强度极限时，钢轨容易发生塑性变形和疲劳开裂。
2.2 热应力高速列车的运行会产生大量的热能，这些热能会导致钢轨温度升高，引起热应力的发生。
当热应力超过钢轨材料的承受能力时，也会导致钢轨开裂。
2.3 材料质量钢轨的质量直接影响其抗压强度和疲劳性能。
低质量的材料容易出现裂纹，并且裂纹的扩展速度更快。
2.4 安装和维护不当不合理的安装和维护方法会增加钢轨的开裂风险。
比如，错误的焊接和固定方式会增加钢轨的破裂风险。
3. 裂纹扩展机理分析裂纹的扩展是钢轨开裂过程中的关键环节，对其机理的深入研究可以提供有效的预防和维护建议。
3.1 疲劳裂纹扩展疲劳裂纹的扩展是高速铁路钢轨开裂的主要原因之一。
当钢轨长时间承受重复的动载荷时，会导致裂纹从微小缺陷处开始扩展，最终导致钢轨破裂。
研究发现，裂纹的扩展速率与应力幅值、裂纹尺寸和材料的抗裂性能有关。
3.2 应力腐蚀裂纹扩展高速铁路环境中存在各种化学物质和湿气，这些物质可能引起钢轨表面的腐蚀。
当表面腐蚀与内部应力相互作用时，会导致应力腐蚀裂纹的形成和扩展。
高速铁路钢轨的接触面疲劳与磨损机理
高速铁路钢轨的接触面疲劳与磨损机理随着交通需求的增长和技术的进步，高速铁路系统已经成为现代交通领域的重要组成部分。
而作为高速铁路系统中的重要基础设施，钢轨的质量和工作状态对于保障运营的安全和可靠性至关重要。
其中，钢轨的接触面疲劳与磨损问题成为铁路工程师和维护人员关注的焦点。
接触面疲劳是指钢轨上的轮托力在列车行驶过程中产生的动态载荷作用下，导致钢轨表面裂纹、剥落等损伤现象的过程。
接触面磨损则是由于列车轮与钢轨表面的接触摩擦作用，使得钢轨表面的金属材料不断磨损的现象。
在高速铁路的运营环境中，接触面疲劳和磨损问题与列车运行速度、受力条件、车轮和钢轨材料等多种因素密切相关。
首先，高速列车的运行速度较快，使得钢轨所承受的力和应力显著增加。
其次，不同列车类型和运行方式导致钢轨的受力特点存在差异，比如有轨电车、动车组和高速铁路列车等，它们的受力情况有所不同，从而对钢轨接触面疲劳和磨损机理产生影响。
此外，钢轨和车轮的材料特性也在一定程度上决定了接触面的疲劳和磨损情况。
具体来说，接触面疲劳主要由以下几个因素引起。
第一，动态载荷是产生接触面疲劳的最重要因素之一。
列车通过钢轨时，车轮对钢轨施加的载荷会导致接触面上的应力集中，并在钢轨表面形成裂纹。
随着列车的不断行驶，载荷的作用会导致裂纹的扩展和扩展区域的表面剥落，最终导致钢轨的断裂。
第二，钢轨的缺陷和不均匀性也是接触面疲劳的重要因素。
如果钢轨存在缺陷，如内部夹杂物、晶界偏差或裂缝等，这些缺陷会成为应力集中的地方，从而加速接触面的疲劳过程。
此外，钢轨的不均匀性也会导致接触面疲劳问题。
例如，在车轮通过交叉轨道或道岔时，钢轨的形变和几何形状也会导致接触面的应力变化，从而进一步加剧疲劳现象。
钢轨接触面的磨损是由列车车轮与钢轨表面之间的接触摩擦引起的。
在列车行驶中，车轮和钢轨的接触面会受到不断变化的力和摩擦效应，从而导致钢轨表面的材料磨损。
这种磨损主要表现为轮磨和轨磨。
轮磨是指车轮表面与钢轨的接触摩擦作用，使车轮表面的金属材料受到磨损和剥落。
铁道车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹研究综述
铁道车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹研究综述近年来，铁路车辆车轮钢轨摩擦接触磨损问题成为铁路技术界研究关注的焦点之一，所发生疲劳裂纹正在威胁铁路车辆车轮钢轨滚动接触的安全性和可靠性。
为了解决上述问题，多方面研究工作陆续地开展。
本文综述了近年来关于铁路车辆车轮钢轨滚动接触疲劳裂纹方面的研究进展情况，供参考：一、研究背景铁路车辆车轮钢轨滚动接触疲劳裂纹的发生，不仅影响到轨道车辆的抗侧滑能力，而且会对轨道、轨枕结构强度和安全造成严重威胁，且随着高速高磨损的铁路运营，其发生率正在不断地提高，产生了越来越多的社会和经济损失。
因此，完善铁路车辆车轮钢轨滚动接触疲劳裂纹形成机理、开发先进多重抗疲劳性能的轮轨表面工艺和对策，对提高其安全可靠性、拓展经济社会效益具有重要意义。
二、轮轨磨损在轮轨滚动接触过程中，由于钢轨表面有缺陷，瞬时荷载和温度变化使车轮接触钢轨表面形成晶界运动，从而使轮钢轨表面得到摩擦磨损和热影响。
经过长期拖耗磨损，钢轨表面会发生深度较大的局部磨损，可能会对轮轨滚动接触的安全造成威胁，使轨体结构强度受到损害，出现疲劳裂纹。
三、轮轨表面工艺近年来，多种新型轮轨表面工艺在铁路车辆车轮钢轨滚动接触的防疲劳“痕迹”中得到应用，其中包括双头带凸痕、碳化氢处理等。
这些工艺有效地提高了钢轨滚动接触表面硬度，减少了拖耗磨损、改善了被动防侧滑性能。
另外，近些年来也开发出一系列低疲劳有力效果的轮轨抗疲劳表面处理工艺，如激光熔覆复合材料密封表面、碳化氢残余应力消除及表面微细化等。
四、研究综述（1）曹平等[1]实验研究了车轮钢轨摩擦-拖耗机理，以及滑移速率、滑移量和初始偏心度对车轮-钢轨发生拖耗的影响因素，建立了车轮钢轨的的拖耗数学模型。
（2）王国鹏等[2]对现有的车轮钢轨接触面进行电子扫描显微镜观测，并以晶界转移及拖耗性能为評價指標，比较分析了不同车轮钢轨表面处理工艺。
（3）刘万国等[3]利用有限元材料损伤模型，模拟了不同车轮钢轨表面微结构的拖耗分布与破坏模式，为车轮钢轨表面的可持久性设计提供了科学依。
裂纹间距对轮轨滚动接触疲劳作用下的钢轨表面多裂纹扩展趋势的影响
摘 要 ： 为研 究影响 钢轨表 面斜 裂 纹扩展 的 因素 ， 通 过 建 立三 维 有 限元模 型 ， 对钢 轨表 面 多裂 纹在 轮轨 滚动接 触 疲 劳作 用下的 裂纹扩展 情 况进行 仿 真分 析 ， 计 算不 同裂 纹 间距 条件 下原 有 裂 尖前缘
的 应力 强度 因子． 根 据应 力 强度 因子 的计 算 结果和 钢轨 的材料 特性 ， 对 裂纹 Ｕ Ｙｕ ａ ｎ
（ Ｌ ｏ ｇ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｍａ ｒ ｉ ｔ ｉ ｍ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ． ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ３ ０ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第３ ４卷 第 ４期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
上 海 海 事 大 学 学
报
Ｖ ｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ４
Ｄｅ ｃ ．２ ０１ ３
Ｓ ｈａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｍａ ｒ ｉ ｔ ｉ ｍｅ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ
文章编 号 ： １ ６ ７ ２—９ ４ ９ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ８ ２ — ０ ４
裂 纹 间距 对 轮 轨 滚 动 接触 疲 劳作 用 下 的 钢 轨 表 面 多裂 纹扩 展 趋 势 的影 响
刘园
（ 上海海事大学 物流工程 学院 ， 上海 ２ ０ １ ３ ０ ６ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｎｃ ｌ ｉ ｎ ｅ ｄ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ｏ ｆ ｒ ａ ｉ ｌ ｓ ｕ ｆａ ｒ ｃ ｅ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ － ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｍｕ ｌ ｔ ｉ － ・ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ｏ ｆ ｒ ａ ｉ ｌ ｓ ｕ ｆａ ｒ ｅ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗｈ ｅ ｅ ｌ － － ｒ ａ ｉ ｌ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｉ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｂ ｙ ａ ３ Ｄ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ １ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ ａ ｓ ｕ ｆａ ｒ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ’ Ｓ ｔ ｉ ｐ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ｐ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ．Ｔｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｐ ｒ ｏ ｐａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｔ ｉ ｔ ｓ ｓ ｕ ｆａ ｒ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｔ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ａ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｉ ｌ ．Ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ｐ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ，ａ ｎ ｅ ｗｌ ｙ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｃ ａ ｎ ｒ ｅ ｄ ｕｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｌ ｄ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ，ｂ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｌ ｄ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｗｏ ｕ ｌ ｄ ｂｅ ｎ ｄ ｔ ｏ
润滑材料特性对接触疲劳裂纹的影响
，由图可以看出，只要裂纹中存在润滑剂，就会对 >） 裂纹的应力强度因子产生影响，并会提高 !! ，但影 响程度有差异，水的影响最大，矿物油次之，油脂的 影响最小。可能是水的粘度低，在压力作用下流动性 好，尽管体积弹性模量低，但对裂纹的影响比较大。 ’）不同倾斜角度下对 !! 的影响 如果改变 #，取摩擦系数为 & -’ 时，计算各润滑 材料对裂纹应力强度因子的影响。图 , 显示了各倾斜 角度下每种材料的应力强度因子 !! 和相应角度下干 摩擦情况的应力强度因子 !!! 的比值 !! % !!! 与倾斜角 度的关系。角度越小， !! 越大，对润滑的敏感也越 强。由图可以看出，角度越小，润滑剂作用下裂纹应 力强度因子变化也越大，其 中水的 影响依 然是 最大 的，矿物油和油脂次之。 （’） 不 同 润 滑 材 料 对 接触区参数的影响 图 6 显示了裂纹附近 接触 区 应 力 分 布 图。由 于 裂纹 的 存 在，改 变 了 接 触 区的 特 性，首 先 是 接 触 变 图 , 不同裂纹倾斜角在润 得不 连 续，并 且 裂 纹 两 边 滑材料作用下对应力 的力 不 再 对 称，相 差 较 多 强 度 因 子 比 的 影 响， （ 2） ） 。如 果 接 触 面 （见图 6 !? &-’ 间有 润 滑 剂 存 在，就 会 降 低整个接触区的峰值，并 使得接 触压力 变得 两边相 近。可以看到，图 6（ A） （裂纹中充满的是水）中的 峰值为图 6（ 2）中峰值的一半，这就改善了接触区的 受力状态。如果充满的是体积弹性模量高的润滑剂， 如矿物油或油脂，则接触区区域减小，并且裂纹附近 接触压力升高，说明裂纹附近承受了比水高的压力， 但对裂纹尖端影响较小，这也说明了不同介质的作用 情况。
接触表面的循环变形会导致表面裂纹的萌生和扩 展，润滑剂可以减缓摩擦副的接触和粘着，但同时也 对表面微观结构产生影响。在理想工作条件下，润滑 剂体积弹性模量可以看作是 稳定的，但 在 实 际环 境 中，润滑过程是一个复杂的物理化学行为，随着时间 的发展，其特性会逐渐变化，并引起润滑油的物理化 学性能改变。此外，由于特殊的外部条件，接触表面 的第三介质有着不同的性质，每种介质对表面接触微 观裂纹的影响是不同的，国 内外 对此 开 展 了许 多 研 ［"］ 总结了轮轨接触的大量实验数据，认为 究。QA3,4*5 轨道上普遍存在的是边界润滑，并分析了接触疲劳的 成因和润滑剂的使用规范及改进措施。轨道由于暴露 在外，表层既有水、矿物油，也有润滑脂，这些介质 对接触疲劳有着不同程度的影响，研究发现，有润滑 的状态和干摩擦交替出现对轨道接触疲劳寿命影响最 ［R］ 大。7*+61 通过 数 值 方 法，对 裂 纹 尖 端 应 力 强 度 因 子、裂纹扩展速率及方向进行了研究，并与在圆盘机 上滚动接触疲劳裂纹试验结果对比，得到了比较一致 ［S］ 的结论。 7*8635:E1 经过长期的研究，用有限元法分 析了轨道表面典型的“ MT>K’”（压溃型）型裂纹在 滚动接触中的受力情况，并 考虑 了液 体 对 裂纹 的 影 响。本文采用数值方法研究在边界润滑状态下滚动接 触表面的微观摩擦学行为，分析二维情况下不同的润
轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展路径研究
机械 2018年第9期 第45卷 交通工程技术 ·59·———————————————收稿日期：2018－07－02基金项目：四川省高校科研创新团队资助项目（18TD0005）；牵引动力国家重点实验室自主研究课题（2018TPL-T02） 轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展路径研究门天龙，师陆冰，王文健，刘启跃（西南交通大学 摩擦学研究所，四川 成都 610031）摘要：基于近场动力学理论方法，通过建立轮轨滚动接触二维模型，研究轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展情况。
计算模型的研究焦点集中在裂纹的扩展路径，并定性地研究不同的参数，如初始裂纹角、初始裂纹长度和表面摩擦系数对裂纹扩展路径的影响。
分析结果表明：小角度裂纹转向表面，表现出剥落趋势，而较大的初始角度裂纹继续向下扩展到钢轨内部，更易造成钢轨的整体断裂；长度1.5 mm 和3 mm 裂纹扩展的结果非常相似，即初始裂纹长度对实际裂纹路径影响相当小；对于摩擦系数较低的情况，与具有较高摩擦系数的情况相比，裂纹较早地转向表面。
关键词：近场动力学；轮轨；滚动接触；疲劳裂纹 中图分类号：U213.4+2文献标志码：Adoi ：10.3969/j.issn.1006-0316.2018.09.010文章编号：1006－0316 (2018) 09－0059－05Research on Crack Propagation Path of Wheel-Roll Rolling Contact FatigueMEN Tianlong ，SHI Lubing ，WANG Wenjian ，LIU Qiyue( Tribology Research Institute, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China )Abstract ：Based on the peridynamics theory, the rolling contact fatigue crack propagation of wheel-rail is studied by establishing a two-dimensional model of wheel-rail rolling contact. The research focus of the computational model focuses on the crack propagation path, and qualitatively study the effect of different parameters, such as the initial crack angle, the initial crack length and the surface friction coefficient on the crack propagation path. The results show that the small angle cracks turned towards the surface indicating spalling while larger initial angle cracks continued to grow downwards into the rail, which is more likely to cause the overall fracture of the rail; the results of crack propagation of lengths of 1.5 mm and 3 mm are very similar, i.e., the initial crack length has a relatively small effect on the actual crack path; for cases with a lower coef ficient of friction the cracks turned towards the surface earlier as compared to cases with higher coef ficient of friction. Key words ：peridynamics ；wheel and rail ；rolling contact ；fatigue crack铁路轨道和车轮的滚动接触疲劳是铁路行业的一个重要问题，是影响轨道可维护性和操作安全性的最大风险因素之一。
滚动接触疲劳作用下的铁轨裂纹萌生与扩展机理
万方数据
上海海事大学学报
第３０卷
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图２失效单元的移除方式 在“砖块”模型中，每个单元都作为独立的个体 存在，不断积累塑性应变直至失效，相邻的失效单元 可在材料内部构成连续的失效区域．当失效区域达 到一定的宏观尺寸后，便萌生裂纹，并且在该区域 中，裂纹扩展会很快，见图３和４．
ＫＡＰＯＯＲ等一。提出的“层次”模型和ＦＲＡＮＫ－ ＬＩＮ等¨叫提出的“砖块”模型，都是对棘轮效应作用 下材料失效过程的描述，目前应用广泛．在“层次” 模型中，材料沿深度方向划分为多个层次．同样，在 “砖块”模型中，铁轨截面被定义为Ｎｘ Ｘ Ｎｚ个大小 为ｄｚ×ｄａ的如同“砖块”的网格单元，见图１．
目前，“砖块”模型基本都进行二维分析．要建 立裂纹萌生与扩展的精确模型，需进行适当的三维 分析，从而深入考虑材料金相颗粒的相互关系．因 此，对于“砖块”模型的发展，集中在建立微观的三 维模型，分析在应变差异较高的金相颗粒边界位置 处裂纹萌生状况．旧１
除塑性变形导致裂纹萌生外，由于铁轨钢材料 存在夹杂物，也导致裂纹萌生．此类裂纹多出现在轨 头表面以下，沿轴向扩展；也可能在外部载荷作用下 沿垂直方向向下扩展．研究表明，此类裂纹萌生的位 置多位于铁轨轨头表面以下６～１０ ｍｉｌｌ，存在铝和硅 的夹杂物处．∞驯此类裂纹的萌生与轨头表面材料 的硬度梯度有很大关系，裂纹萌生的位置通常位于 硬度较高的冷加工表面层与硬度较低的轨头材料交 界处，而此处也是拉伸残余应力较高的位置．旧１裂 纹的形成与轮轨接触产生的应力也有很大关系，通 过提高材料的拉伸强度和疲劳抗力可降低此类裂纹 的发生概率．∞ｏ此外，消除此类裂纹的另一有效方 法是提高铁轨钢材料的纯度．［撕矧
铁道车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹研究综述
铁道车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹研究综述近年来，铁路轨道车辆以其高速、质量可靠性、效率高等优势，在国内外是广泛使用的铁路运输工具。
然而，随着铁路车辆运行里程的延长，滚动接触疲劳裂纹形成成了制约铁路车辆安全运行的最主要问题之一。
因此，研究铁路车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹的研究就显得尤为重要。
首先，要理解滚动接触疲劳裂纹的形成机制，需要对轮轨接触滚动疲劳过程进行研究。
针对轮轨滚动接触疲劳裂纹形成过程中，相关因素如车辆参数、轮轨接触参数，以及车辆运行条件等要素，进行了计算机仿真模拟研究，以期更好地理解滚动接触疲劳裂纹的形成机制。
其次，滚动接触疲劳裂纹观测技术也是轨固专家所关心的话题。
轨车滚动接触疲劳裂纹的观测技术，目前主要包括桥头照相技术、X射线技术、高分辨率原位探伤技术、车轮内侧探伤技术以及超声波技术等，以及基于机电一体化的技术等，已经有了较大的发展，研究者们不断尝试这些技术，以便更好地观察轮轨滚动接触疲劳裂纹。
此外，轮轨滚动接触疲劳裂纹的防治技术也是铁路车辆运行安全的关键环节。
当前，针对铁路车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹形成机制和影响因素，研究人员们创造性地提出了新的抗疲劳裂纹车轮、新型密封件、新型尺寸等设计及材料，并基于滚动接触疲劳参数、磨耗参数、温度参数等，开发出了防治疲劳裂纹的新型控制系统。
目前，这些抗疲劳裂纹技术已经广泛应用在我国的铁路车辆运营中，取得了较好的效果。
最后，要在此基础上进一步改进和发展轮轨滚动接触疲劳裂纹研究，需要深入研究轮轨滚动接触疲劳裂纹形成机制，并尝试新型材料和新型设计，以进一步提高车轮抗疲劳性能，减少轮轨滚动接触疲劳裂纹的发生，并研究发展进一步的抗疲劳裂纹防治技术，为确保铁路车辆安全运行提供有力的技术支持。
综上所述，铁路车辆滚动接触疲劳裂纹的形成机制及影响因素已经有了相关认识，相关技术也日趋成熟和完善，但目前还存在许多不足之处，需要更多深入的理论研究和实践应用来推动铁路车辆滚动接触疲劳裂纹研究的发展。
高速铁路钢轨的轴向疲劳裂纹扩展行为研究
高速铁路钢轨的轴向疲劳裂纹扩展行为研究随着高速铁路的快速发展，钢轨作为重要的基础设施之一，对运行安全和运营效率至关重要。
然而，由于持续的重复荷载作用，钢轨在使用过程中容易发生疲劳裂纹，进而可能导致严重的事故和设备损坏。
因此，研究钢轨的轴向疲劳裂纹扩展行为，对于提高高速铁路的安全性和可靠性具有重要意义。
轴向疲劳裂纹扩展是指由于疲劳荷载作用下，钢轨表面的裂纹逐渐扩展的过程。
在正常运营过程中，钢轨受到列车的动态荷载作用，产生了疲劳荷载。
当荷载周期重复作用时，钢轨表面的微小缺陷处容易形成裂纹，并在荷载作用下逐渐扩展。
因此，了解轴向疲劳裂纹扩展行为对于预测钢轨寿命和优化维护策略至关重要。
钢轨疲劳裂纹扩展行为的研究已经取得了一定的进展。
首先，通过对钢轨的应力分析，确定了荷载大小、荷载频率等因素对裂纹扩展速率的影响。
实验研究发现，高应力和高频率荷载下，裂纹扩展速率较快；同时，高强度钢轨相对于低强度钢轨来说裂纹扩展速率更快。
其次，通过运用裂纹力学理论和有限元模拟，揭示了裂纹扩展行为的内在机理。
裂纹尖端应力集中是裂纹扩展的主要机制之一。
此外，环境因素如温度、湿度等也对裂纹扩展行为产生一定影响。
钢轨的疲劳裂纹扩展行为研究有助于预测钢轨的寿命和制定合理的维护策略。
通过建立疲劳裂纹扩展速率和寿命预测模型，可以根据实际运行条件，提前发现潜在的问题并采取相应措施进行维修和更换。
此外，优化维护策略还可以减少运营成本，提高铁路线的安全性和可靠性。
然而，目前仍存在一些挑战和研究方向需要进一步探索。
首先，由于钢轨的复杂载荷条件，如重载列车和高速列车的不同作用力，对裂纹扩展行为的影响还需要深入研究。
其次，钢轨表面的缺陷形态多样，裂纹扩展行为受到缺陷形状和尺寸的影响，这也是研究的难点之一。
此外，钢轨疲劳裂纹扩展实验的仿真模型需要更加精确和可靠，以提高研究的准确性和可靠性。
综上所述，高速铁路钢轨的轴向疲劳裂纹扩展行为研究是一个重要而复杂的课题。
基于近场动力学的裂纹扩展及轨面剥离掉块成因机理
基于近场动力学的裂纹扩展及轨面剥离掉块成因机理引言裂纹扩展及轨面剥离掉块是材料科学和工程领域中一个重要的研究课题。
近场动力学是一种模拟材料行为的方法，它能够更准确地描述微观尺度上的材料变形和破坏过程。
本文将介绍基于近场动力学的裂纹扩展及轨面剥离掉块的成因机理。
裂纹扩展机理裂纹是材料中存在的一种缺陷，它会导致材料强度和韧性的降低。
裂纹扩展是指裂纹在外加载荷下逐渐延伸、扩大的过程。
传统的有限元方法在模拟裂纹扩展时存在一些困难，比如需要事先确定裂纹路径、对网格进行不断更新等。
而基于近场动力学的方法则能够更好地模拟裂纹扩展过程。
近场动力学是一种基于粘弹塑性理论和分子动力学原理的方法。
它通过引入一个长度尺度参数，将材料中的微观变形和破坏过程考虑进去。
在近场动力学中，裂纹扩展可以通过模拟材料中的原子位移来实现。
裂纹尖端附近的原子会发生位移，从而导致裂纹扩展。
通过调整材料的参数，可以模拟不同材料中裂纹扩展的行为。
轨面剥离掉块成因机理轨面剥离掉块是指在材料表面或界面上形成一个局部剥离层，并随着外加载荷逐渐脱落的过程。
轨面剥离掉块在材料破坏和失效中起着重要作用。
基于近场动力学的方法能够很好地模拟轨面剥离掉块的成因机理。
轨面剥离掉块的形成主要受到界面能量和应力状态的影响。
当界面能量超过一定阈值时，就会出现轨面剥离现象。
在近场动力学中，界面能量可以通过计算相邻原子之间的相互作用势能得到。
当相邻原子之间的相互作用势能超过一定阈值时，就会发生轨面剥离。
应力状态也是影响轨面剥离的重要因素。
近场动力学方法能够准确地计算材料中的应力分布，并考虑到应力的局部集中效应。
当应力集中在轨面附近时，轨面剥离现象就会更容易发生。
实验验证与应用基于近场动力学的裂纹扩展及轨面剥离掉块成因机理已经在实验中得到了验证，并在材料科学和工程领域得到了广泛的应用。
通过实验观察裂纹扩展过程，可以发现裂纹尖端附近的原子会发生位移，从而导致裂纹扩展。
通过与传统有限元方法进行对比，可以发现基于近场动力学的方法能够更准确地模拟裂纹扩展行为，并给出更准确的破坏预测。
钢轨接触疲劳摩擦磨损行为
钢轨接触疲劳摩擦磨损行为钢轨是铁路运输系统中重要的组成部分，它承载着列车的重量，并且需要经受高频率的车轮与轨道之间的接触。
因此，钢轨的接触疲劳摩擦磨损行为成为了研究的焦点之一。
接触疲劳是指在轮轨接触区域内，由于受到周期性的载荷作用，造成材料的疲劳损伤。
这种疲劳损伤是由于车轮与轨道之间的接触压力引起的。
钢轨在长期运行过程中，会受到列车的重压和震动的影响，由此产生的周期性载荷会导致钢轨表面的微小裂纹逐渐扩展，最终形成疲劳裂纹。
这些裂纹可以进一步扩展并蔓延到钢轨的内部，导致钢轨断裂。
因此，研究钢轨的接触疲劳摩擦磨损行为对于确保铁路运输的安全性和可靠性至关重要。
钢轨的接触疲劳摩擦磨损行为是一个复杂的过程，涉及多种因素的相互作用。
首先，接触压力是影响钢轨疲劳损伤的重要因素之一。
较高的接触压力会增加钢轨表面的摩擦力，导致磨损加剧。
其次，轮轨界面的滑动速度也会对钢轨的磨损产生影响。
较高的滑动速度会加剧钢轨的摩擦磨损，而较低的滑动速度则可能导致润滑不良，增加钢轨的磨损。
此外，轮轨材料的硬度差异也会对接触疲劳摩擦磨损行为产生影响。
当钢轨的硬度较低时，容易受到轮轨接触压力的影响而产生疲劳裂纹。
除了以上因素，环境条件也会对钢轨的接触疲劳摩擦磨损行为产生重要影响。
例如，气候湿度、温度等因素都会影响轮轨界面的润滑情况，进而影响钢轨的磨损。
在潮湿的环境中，轮轨界面的润滑性能较差，容易导致钢轨的磨损加剧。
此外，铁路运输系统中还存在一些特殊情况，如曲线轨道和道岔处的接触疲劳摩擦磨损行为更为严重。
在曲线轨道上，轮轨之间的相对滑动会增加，进而加剧钢轨的磨损。
而在道岔处，由于列车转向的需要，钢轨受到的载荷和磨损更为复杂。
为了减少钢轨的接触疲劳摩擦磨损，需要采取一系列的措施。
首先，合理控制列车的速度，避免过高的滑动速度。
其次，对钢轨进行定期的检查和维护，及时修复和更换受损的钢轨。
此外，还可以通过改善轮轨界面的润滑条件，减少接触疲劳摩擦磨损。
钢轨轨底裂纹扩展影响因素分析
钢轨轨底裂纹扩展影响因素分析
周宇;王蒙一;梁旭;姚凯洲
【期刊名称】《华东交通大学学报》
【年(卷),期】2024(41)2
【摘要】【目的】为分析钢轨材质、残余应力、温度应力在钢轨使用中的内外因对轨底裂纹扩展的影响开展研究。
【方法】基于断裂力学理论结合轨底伤损实测,建立钢轨轨底裂纹扩展模型,对轨底伤损扩展失效时的临界裂纹尺寸、裂纹平均扩展速率、剩余寿命等指标进行量化分析。
【结果】结果表明:钢轨材料断裂韧性与轨底初始伤损扩展的剩余寿命存在正相关关系,U95Cr H材质钢轨的轨底裂纹扩展剩余寿命小于U78CrV H材质小于U75V H材质;以某线路实际使用的钢轨材质
U78CrV H为例,轨底残余应力由0增加至300 MPa,轨底裂纹扩展的临界尺寸增长约2.5%,剩余寿命下降约6%;残余应力为200 MPa时,温度应力由0增加至200 MPa,轨底裂纹扩展的临界尺寸变化不大,在1%内。
【结论】研究结果可为轨底裂纹扩展研究和养护维修提供参考。
【总页数】7页(P95-101)
【作者】周宇;王蒙一;梁旭;姚凯洲
【作者单位】同济大学道路与交通工程教育部重点实验室;同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室;中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U213
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1.钢轨探伤车轨底横向裂纹检测能力分析
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5.轨底坡对重载铁路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响
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《2024年辙叉用高锰钢疲劳裂纹扩展行为的研究》范文
《辙叉用高锰钢疲劳裂纹扩展行为的研究》篇一一、引言辙叉作为铁路轨道的重要组成部分，其性能直接关系到铁路运输的安全与效率。
高锰钢因其良好的耐磨性、抗冲击性以及较高的强度，在辙叉制造中得到了广泛应用。
然而，高锰钢在长期使用过程中，特别是在重复的载荷作用下，容易出现疲劳裂纹，并导致材料的性能下降甚至失效。
因此，研究高锰钢在辙叉应用中的疲劳裂纹扩展行为，对于提高铁路轨道的运营安全和使用寿命具有重要意义。
二、高锰钢的疲劳裂纹扩展理论基础高锰钢的疲劳裂纹扩展是一个复杂的过程，涉及到材料学、力学以及断裂力学等多个学科的知识。
在重复的应力或载荷作用下，材料内部会出现微小的裂纹，这些裂纹会随着应力的循环而逐渐扩展，最终导致材料的断裂。
在辙叉应用中，高锰钢的疲劳裂纹扩展行为受到多种因素的影响，如材料的成分、组织结构、加工工艺以及使用环境等。
三、辙叉用高锰钢的疲劳裂纹扩展实验研究为了深入研究高锰钢在辙叉应用中的疲劳裂纹扩展行为，我们进行了一系列实验。
首先，我们采用不同成分的高锰钢制作了辙叉试样，并对试样进行了力学性能测试和金相组织观察。
然后，在模拟铁路实际使用条件的实验装置上，对试样进行了疲劳试验，观察并记录了裂纹的扩展过程。
实验结果表明，高锰钢的疲劳裂纹扩展速率与应力幅度、循环次数等因素密切相关。
在一定的应力幅度范围内，随着循环次数的增加，裂纹扩展速率逐渐加快。
此外，我们还发现高锰钢的成分和组织结构对裂纹扩展行为也有显著影响。
四、高锰钢疲劳裂纹扩展的机理分析根据实验结果和前人的研究成果，我们分析了高锰钢疲劳裂纹扩展的机理。
在重复的应力作用下，材料内部会出现微小的滑移和变形，这些微小的变形会逐渐累积并形成微裂纹。
随着应力的继续作用，微裂纹会逐渐扩展并连接成宏观裂纹，最终导致材料的断裂。
在这个过程中，材料的成分、组织结构和加工工艺等因素都会影响裂纹的扩展速率和扩展路径。
五、结论与展望通过对辙叉用高锰钢的疲劳裂纹扩展行为的研究，我们深入了解了高锰钢在铁路轨道应用中的性能特点和使用寿命。
钢轨踏面疲劳裂纹扩展行为分析
钢轨踏面疲劳裂纹扩展行为分析
王建西;许玉德;曹亮
【期刊名称】《华东交通大学学报》
【年(卷),期】2009(026)002
【摘要】根据试验观察的裂纹尖端特征,建立了钝形疲劳裂纹模型,以裂纹尖端位移为断裂参量,分析了U75V钢弹塑性情况下踏面疲劳裂纹扩展特性.结果显示:踏面疲劳裂纹尖端有较大的塑性区,应采用弹塑性断裂力学理论分析踏面疲劳裂纹的扩展行为;裂纹尖端滑动位移受轮轨力、轮轨摩擦系数和裂纹面摩擦系数影响,其中裂纹面摩擦系数对裂纹尖端滑动位移影响最大.裂纹尖端张开位移主要受轮轨力和轮轨摩擦系数影响.利用塑性复合系数分析踏面疲劳裂纹扩展特性,认为踏面疲劳裂纹主要以Ⅰ/Ⅱ复合型扩展方式扩展.
【总页数】7页(P1-7)
【作者】王建西;许玉德;曹亮
【作者单位】同济大学,道路与交通工程教育部重点实验室,上海,201804;同济大学,道路与交通工程教育部重点实验室,上海,201804;同济大学,道路与交通工程教育部重点实验室,上海,201804
【正文语种】中文
【中图分类】U213.42
【相关文献】
1.裂纹间距对轮轨滚动接触疲劳作用下的钢轨表面多裂纹扩展趋势的影响 [J], 刘园
2.钢轨踏面斜裂纹扩展寿命的预测 [J], 刘亮;王文健;郭俊;刘启跃
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纹后 不 同接 触 载荷 以及轮轨 表 面摩擦 因数条件 下 裂 纹 尖端 的应 力 强度 因子 ， 裂 纹扩 展 方 向 和扩 对
展 速 率进行 分析 ， 总结滚动接 触载荷 作 用下液 体渗入 对钢 轨表 面疲 劳裂纹扩 展机 理 的影 响．
关键 词 ：滚动接 触 疲 劳 ； 体渗 入 ；赫兹 接 触 ；裂纹扩 展机 理 液
第３ ２卷 第 １ 期
２１ ０ １年 ３月
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报
Ｖ０ ． Ｎｏ． ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ１３２ １
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文 章 编 号 ：６ ２—９ ９ （ ０ １ ０ —０ ５０ １７ ４ ８ ２ １ ） １０６ —５
收 稿 日期 ： ０ ０ ０ －３ 修 回 日期 ： ０ ０ ０ —９ ２ １ —６ ０ ２ １ —９０
基金项 目： 交通运输部科技 项 目（０ ９３９ ０ ２ ） 上 海市教 育委 员会重点学科建设项 目（５ ６４ ； ２０ － ４１－ ０ ； ２ ０ Ｊ００ ） 上海海事大学校基金 （０ １ ３ ） ２ １０ ７ ０ 作者简介 ： 园（ ９０ ， 河北秦 皇岛人 ， 师， 刘 １８ 一） 女， 讲 博士 ， 研究方向为结构疲劳分析 与裂纹扩展 ， Ｅ ｍ ｉ ｙａｌ ＠ｓｍ ｕ ｅｕ ｃ （ — ａ ）ｕｎｉ ｈ ｔ ｄ ．ｎ ｌ ｕ ．
Ｋｅ ｒ ｓ：ｒ ｌｉ ｇ ｃ ｎ ａ ｔｆｔｇ ｙ ｗｏ ｄ ｏｌｎ ｏ ｔ ｃ ａｉｕｅ；ｌｑ ｉ ｅ ｅｒ ｔｏ ｉ ｕ ｄ ｐ ｎ ｔａｉｎ；Ｈｅ ｔ ｏ ｔ ｃ ；ｃ ａ ｋ ｐ ｏ ｇ ｔｏ ｃ ａ ｉｍ ｒｚ ｃ ｎ ａ ｔ ｒ ｃ ｒ ｐａ ａｉｎ ｍｅ ｈ ｎ ｓ
液体 对 轮 轨 滚 动 接触 疲 劳作 用 下 的钢轨 表 面裂 纹 扩 展 机 理 的影 响
刘 园
（ 上海海事 大学 物流工程 学院， 上海 ２ １０ ） ０ ３ ６
摘
要： 为研 究液体 渗入钢 轨表 面裂纹 对铁路 造成 的安 全 问题 ， 过计 算液 体介 质渗 入钢 轨表 面 裂 通
全 运行 的可靠性 ． 剖 ¨
由于裂 纹表 面在 轮轨 滚动 接触 载荷 的作用 下 不
断开合 ， 可能导致液体渗入 ， 使得裂纹面间的接触载 荷 发生变 化 ． 由于液 体 的存 在 会 降低 裂 纹 面 问 的接
触摩 擦 因数 ， 裂纹 的切 向运 行 阻力 减 小 ， 样 ， 这 Ⅱ型 裂 纹 的扩 展 就相对 容 易 ． 文 主要 讨 论 液 体渗 入 裂 本
中 图分类 号 ： ２ ３ ４ ；Ｂ １ Ｕ １ ． ２ Ｔ １５ 文 献标 志码 ： Ａ
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０ 引 言
随着 现代 运 输业 的迅 速发 展 ， 路 作 为 主要 的 铁 运输 方式 ， 运行速 度 和载重 量不 断增 加 ， 得 由于 其 使
滚 动接触 而导 致 的钢 轨表 面裂 纹成 为影 响 日益发 展
裂纹 导致 钢轨 维修 成 本 的 提 高 ， 时 也影 响铁 路 安 同
纹 面间 以后 ， 在轮 轨滚 动接触 载 荷作用 下 ， 钢轨表 面
的高速铁 路安 全运 行 的 主要 因 素． 纹 在 循 环 载 荷 裂 的作 用下 不断 扩展 ， 至 达 到 疲 劳极 限而 导 致 钢 轨 直
断裂 ， 最终 引发 列 车脱 轨 事 故 ． 因此 ， 轨 表 面疲 劳 钢