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滑差率对动车组车轮钢滚动接触疲劳性能的影响研究 被引量：1
1
作者 李俊 曾东方 +3 位作者 鲁连涛 宫彦华 陈希 邹朗 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期223-230,共8页
车轮滚动接触疲劳是影响列车运行安全和使用寿命的重要因素,轮轨间滑差率会对滚动接触疲劳损伤产生显著影响,为了分析滑差率对动车组车轮钢滚动接触疲劳性能的影响,本研究中开展了水润滑条件下的车轮钢滚动接触疲劳试验,分析了不同滑差... 车轮滚动接触疲劳是影响列车运行安全和使用寿命的重要因素,轮轨间滑差率会对滚动接触疲劳损伤产生显著影响,为了分析滑差率对动车组车轮钢滚动接触疲劳性能的影响,本研究中开展了水润滑条件下的车轮钢滚动接触疲劳试验,分析了不同滑差率条件下车轮钢的摩擦磨损行为和滚动接触疲劳损伤特征;通过安定图理论分析裂纹萌生行为,通过基于最大周向力准则和流体腔技术的有限元仿真分析裂纹扩展行为;在此基础上,阐明了滑差率对车轮钢滚动接触疲劳性能的影响机理.试验结果表明:随着滑差率的增加,车轮钢试样的牵引系数增加,磨损加剧,滚动接触疲劳寿命先减小后增大.通过安定图理论分析表明,随着滑差率增加,表面滚动接触疲劳损伤指数FI_(surf)增加,促进了疲劳裂纹萌生.有限元仿真分析发现,随着滑差率增加,裂纹等效应力强度因子峰值K_(θ,max)增加,促进了疲劳裂纹扩展.磨损的增加抑制了滚动接触疲劳裂纹的萌生和扩展.因此,滚动接触疲劳与磨损的竞争导致车轮试样的接触疲劳寿命随着滑差率的增加呈先减小后增大的趋势.本研究中还发现,通过最大周向力准则和流体腔技术可预测水润滑条件下的车轮钢滚动接触疲劳裂纹扩展路径. 展开更多
关键词 车轮钢 滑差率 滚动接触疲劳 磨损 有限元分析
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表面渗碳高强轴承钢滚动接触疲劳行为研究 被引量：1
2
作者 杨红兵 邵子恒 +5 位作者 颜莹 谷金波 迟宏宵 王斌 张鹏 张哲峰 《材料导报》 北大核心 2025年第12期170-178,共9页
近年来,为追求更优异的滚动接触疲劳性能,表面渗碳技术已被广泛应用于轴承钢的制备过程中。本工作对一种高强不锈轴承钢进行两种不同工艺时长的渗碳处理,研究渗碳处理高强轴承钢的微观组织、显微硬度、残余应力及滚动接触疲劳行为。结... 近年来,为追求更优异的滚动接触疲劳性能,表面渗碳技术已被广泛应用于轴承钢的制备过程中。本工作对一种高强不锈轴承钢进行两种不同工艺时长的渗碳处理,研究渗碳处理高强轴承钢的微观组织、显微硬度、残余应力及滚动接触疲劳行为。结果表明:两种工艺渗碳处理获得的碳化物类型、尺寸、形状、含量以及残余应力梯度均十分相近;较长时间渗碳处理获得的残余奥氏体在尺寸和含量上均明显大于较短时间渗碳处理的情况,两种工艺渗碳处理高强轴承钢在滚动接触疲劳过程中都会在亚表面最大切应力位置附近形成亮蚀区(Light etched region, LER);疲劳裂纹萌生于亮蚀区内,并向表面扩展,最终形成深度与最大切应力到表面距离相近的剥落坑。渗碳处理时间较长的高强轴承钢具有较高的滚动接触疲劳寿命,这是因为其渗层中具有相对规模较大的残余奥氏体;残余奥氏体会使裂纹尖端钝化与闭合,进而延缓疲劳裂纹扩展,提升疲劳裂纹扩展寿命。 展开更多
关键词 高强轴承钢 渗碳处理 残余奥氏体 滚动接触疲劳寿命
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铁素体和渗碳体相形貌对D2车轮钢滚动接触疲劳性能影响 被引量：1
3
作者 刘春鹏 徐福盛 +3 位作者 姜峰 索忠源 张关震 任瑞铭 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期182-191,共10页
随着高速列车车轮滚动速度的不断提升,车轮的滚动接触疲劳失效日益严重,车轮的初始组织成为影响滚动接触疲劳性能的主要因素。利用热处理炉对D2车轮钢进行淬火+回火热处理,使D2车轮钢珠光体+先共析铁素体组织(P+F)转变为铁素体+粒状渗... 随着高速列车车轮滚动速度的不断提升,车轮的滚动接触疲劳失效日益严重,车轮的初始组织成为影响滚动接触疲劳性能的主要因素。利用热处理炉对D2车轮钢进行淬火+回火热处理,使D2车轮钢珠光体+先共析铁素体组织(P+F)转变为铁素体+粒状渗碳体组织(回火索氏体,TS);通过滚动接触疲劳试验机对2种原始组织类型的车轮试样进行滚动接触疲劳试验;利用低倍显微镜观察滚动接触疲劳失效后P+F车轮试样和TS车轮试样表面的宏观形貌;利用场发射扫描电镜附带背散射电子衍射分析滚动疲劳失效后P+F车轮试样和TS车轮试样距表面不同距离微观组织的演变规律。结果表明:TS车轮试样的滚动接触疲劳寿命比P+F车轮试样提高了1.3倍;滚动接触疲劳失效后,P+F车轮试样中先共析铁素体与珠光体中共析铁素体的变化是不同的,在表面,先共析铁素体内形成大量的大角度晶界,共析铁素体内形成大量的小角晶界,而在次表面,先共析铁素体内存在大角度晶界和小角度晶界,共析铁素体的取向角小于2°;TS车轮试样在距表面不同深度的铁素体晶粒中大角度晶界的比例分布是均匀的;P+F车轮试样距表面不同深度先共析铁素体与共析铁素体不同程度的塑性变形会加速滚动接触疲劳裂纹萌生和扩展,进而加速车轮疲劳失效;TS车轮试样距表面不同深度铁素体的均匀塑性变形会延缓滚动接触疲劳裂纹形成,提高车轮滚动接触疲劳寿命。 展开更多
关键词 D2车轮钢 微观结构演变 滚动接触疲劳 先共析铁素体 珠光体 回火索氏体
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基于裂纹损伤楔形体积/截面积的滚动接触疲劳损伤量化评价方法研究
4
作者 谢瑜龙 王文健 +3 位作者 丁昊昊 张沭玥 郭俊 刘启跃 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第9期1354-1365,共12页
针对滚动接触疲劳所产生的不同形态疲劳裂纹,通过合理的评价方法对疲劳裂纹损伤进行量化评价,能够有效地评判滚动接触疲劳裂纹的损伤量,为滚动体损耗件的维护提供理论指导.本文中以轮轨滚动接触疲劳裂纹损伤为特例,提出了不同轮轨材料... 针对滚动接触疲劳所产生的不同形态疲劳裂纹,通过合理的评价方法对疲劳裂纹损伤进行量化评价,能够有效地评判滚动接触疲劳裂纹的损伤量,为滚动体损耗件的维护提供理论指导.本文中以轮轨滚动接触疲劳裂纹损伤为特例,提出了不同轮轨材料滚动接触疲劳损伤客观评价的裂纹最小尺寸界限确定方法,并根据轮轨滚动接触疲劳裂纹损伤特性建立了滚动接触疲劳裂纹损伤量的量化评价方法.首先,根据不同轮轨材料微观组织晶粒尺寸,建立了轮轨材料滚动接触疲劳损伤客观评价的裂纹最小长度确定方法;其次,基于轮轨滚动接触疲劳损伤的楔形体积/截面积进一步构建了疲劳裂纹损伤量的量化评价方法;最后,根据以工程应用为导向的安定图中棘轮效应发生的接触参数,开展不同接触条件下的轮轨滚动接触疲劳模拟试验,依据客观评价滚动接触疲劳损伤的裂纹最小长度标准,通过常用滚动接触疲劳损伤量化评价指标对钢轨材料疲劳裂纹进行统计分析.同时,通过新建立的量化评价方法对统计分析的疲劳裂纹损伤进行量化评价,并对比分析了其他量化评价方法对疲劳裂纹损伤的评价效果,最后对不同评价结果进行了对比分析.结果表明:从材料微观组织晶粒尺度来判断客观评价滚动接触疲劳损伤的裂纹最小尺寸界限,能够合理的确定不同材料滚动接触疲劳损伤客观评价的裂纹尺寸.基于裂纹损伤的楔形体积/截面积的疲劳裂纹损伤量化评价方法,相比通过裂纹的单个评价指标和目前其他量化评价方法对疲劳裂纹损伤量的量化评价,评价结果是一致的.并且,本文中所建立的滚动接触疲劳裂纹损伤量化评价方法和其物理意义更加全面合理,此方法对不同滚动体的滚动接触疲劳裂纹损伤的量化评价均适用. 展开更多
关键词 滚动接触疲劳 量化评价方法 安定图 裂纹最小长度 楔形体积/截面积
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激光固态相变U75V材料滚动接触疲劳损伤行为研究
5
作者 王彦杰 王梁 +5 位作者 张沭玥 丁昊昊 王春昌 张群莉 王文健 刘启跃 《表面技术》 北大核心 2025年第19期127-142,共16页
目的铁路道岔的结构复杂,车轮与道岔之间的动态相互作用较剧烈,容易出现磨损和接触疲劳损伤,因此提高道岔的耐磨性和滚动接触疲劳性能成为亟须解决的关键问题。激光固态相变技术在提升材料力学性能和耐损伤性能方面展现出巨大潜力,但该... 目的铁路道岔的结构复杂,车轮与道岔之间的动态相互作用较剧烈,容易出现磨损和接触疲劳损伤,因此提高道岔的耐磨性和滚动接触疲劳性能成为亟须解决的关键问题。激光固态相变技术在提升材料力学性能和耐损伤性能方面展现出巨大潜力,但该技术尚未在道岔应用中得到系统研究,这里旨在探索该技术在道岔钢轨中的应用可行性,并为激光固态相变U75V材料在道岔上的应用提供理论支撑。方法首先分析不同搭接率下激光固态相变U75V材料的硬度和微观组织分布,并利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机模拟道岔滚动接触载荷,研究激光固态相变U75V的滚动接触疲劳损伤的演变规律,并讨论滚动接触疲劳损伤机理。结果激光固态相变能够改变U75V材料的微观组织,并提高材料的硬度。在激光固态相变后,形成了以针状马氏体为主的硬化区和以回火马氏体为主的软化区,硬化区表面硬度分布在800HV0.2左右,相较于基体的平均硬度(339HV0.2)提升了1.36倍;软化区表面硬度分布在650HV0.2左右,介于硬化区与基体之间。通过激光固态相变能够提高U75V材料的耐磨性能和抗塑性变形性能,与未处理U75V相比,在干态10000 r后,激光固态相变U75V材料的磨损量降低了26.3%,硬化区塑性变形层深度减小了97.7%,软化区塑性变形层深度减小了95%。未处理U75V的疲劳裂纹扩展现象严重,在水态下、5000 r时就发生了严重的疲劳剥落现象。在循环转数较小时激光固态相变U75V的硬化区主要为细小疲劳裂纹,软化区主要为表层细小密集的多层裂纹。在循环转数(130000 r)较大时,硬化区和软化区发生了疲劳剥落,软化区表层细小密集的裂纹会被磨掉,部分裂纹会扩展,出现枝裂纹。结论通过激光固态相变能够提高U75V材料的滚动接触疲劳性能。 展开更多
关键词 激光固态相变 U75V材料 微观组织 塑性变形 滚动接触疲劳
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GCr15钢激光固态相变滚动接触疲劳性能研究
6
作者 张群莉 胡牛楠 +5 位作者 项一侯 陈智君 王建刚 陈凯 安少刚 姚建华 《表面技术》 北大核心 2025年第7期129-138,150,共11页
目的基于高速列车运行工况的复杂性,更高的转速将导致其轴承滚道发生更严重的磨损,需要硬度更高、深度更深的强化层保护轴承在高周次循环下的正常运行,采用深层强化技术,深入研究强化层深度对其滚动接触疲劳性能的影响,以期指导工程实... 目的基于高速列车运行工况的复杂性,更高的转速将导致其轴承滚道发生更严重的磨损,需要硬度更高、深度更深的强化层保护轴承在高周次循环下的正常运行,采用深层强化技术,深入研究强化层深度对其滚动接触疲劳性能的影响,以期指导工程实践。方法采用平面线接触滚动接触疲劳装置,分析不同强化层深度对GCr15轴承钢滚动接触疲劳性能的影响。使用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计、激光共聚焦显微镜等设备分析不同深度强化层的组织转变和滚动接触疲劳损伤机理。结果GCr15轴承钢表层因激光固态相变的快速加热和冷却过程,形成隐晶马氏体,碳化物形态由不规则聚集转变为更均匀、更细小的球状碳化物,表层硬度显著增加。同时,激光固态相变引入了最高达373 MPa的残余压应力,残余压应力对抑制裂纹扩展具有显著效果,可使材料在保持较好耐磨性的同时提高其滚动接触疲劳性能。结论在相同的疲劳试验条件下,强化层深度越大,材料的抗塑性变形能力越强,裂纹扩展更困难,疲劳损伤由表面早期大面积剥落转为局部剥落损伤,该研究可为高速列车轴承的表面强化处理提供参考。 展开更多
关键词 激光固态相变 GCR15轴承钢 滚动接触疲劳性能 损伤机理
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钢轨滚动接触疲劳裂纹形态参数的交流电磁场响应规律
7
作者 王驰 周宇 +1 位作者 翁之意 李骏鹏 《同济大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第10期1595-1605,共11页
为了探明交流电磁场检测中在钢轨表面形成的磁场响应与轨面滚动接触疲劳裂纹空间形态的关系,结合含滚动接触疲劳裂纹的钢轨现场观测和X射线断层扫描,确定了重载铁路不同通过总重下钢轨表面滚动接触疲劳裂纹的表面开口长度、内部倾角与... 为了探明交流电磁场检测中在钢轨表面形成的磁场响应与轨面滚动接触疲劳裂纹空间形态的关系,结合含滚动接触疲劳裂纹的钢轨现场观测和X射线断层扫描,确定了重载铁路不同通过总重下钢轨表面滚动接触疲劳裂纹的表面开口长度、内部倾角与椭圆比范围;建立钢轨裂纹交流电磁场仿真模型,分析不同裂纹形态参数的交流电磁场响应,并将电磁场响应拟合表达裂纹空间形态参数。结果表明:滚动接触疲劳裂纹的交流电磁场响应受裂纹各空间半椭圆参数综合影响并且可以通过函数模型进行描述,描述函数决定系数大于0.9998,误差平方和小于1×10^(-4),均方误差小于1.4×10^(-3),函数模型计算结果与交流电磁场响应具有较好的一致性;整体上,交流电磁场响应特征受内部倾角影响较小,但随着内部倾角减小,影响逐渐增大;交流电磁场响应特征与裂纹表面开口长度近似呈线性变化规律,与椭圆比近似呈指数或高阶函数变化。 展开更多
关键词 交流电磁场检测 钢轨滚动接触疲劳裂纹 半椭圆参数 阻抗边界条件
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考虑大蠕滑时不同轮轨滚动接触模型结果的对比
8
作者 黄佳庆 吴兵 +1 位作者 李定康 王召阳 《铁道学报》 北大核心 2025年第9期57-65,共9页
高速列车在牵引和制动过程中,车轮和钢轨之间的“第三介质”可能会导致大蠕滑现象。将考虑大蠕滑时传统的轮轨滚动接触模型(沈氏理论、Kalker简化理论(Fastsim)、Polach模型)与拓展蠕滑力(ECF)模型的结果进行对比,讨论纵向蠕滑曲线和接... 高速列车在牵引和制动过程中,车轮和钢轨之间的“第三介质”可能会导致大蠕滑现象。将考虑大蠕滑时传统的轮轨滚动接触模型(沈氏理论、Kalker简化理论(Fastsim)、Polach模型)与拓展蠕滑力(ECF)模型的结果进行对比,讨论纵向蠕滑曲线和接触区域内切向应力的分布情况。结果表明,沈氏理论和Fastsim仅适用于小蠕滑工况,Polach模型和ECF模型能够模拟纵向蠕滑曲线在大蠕滑时的负斜率特性。此外,由于温度对考虑大蠕滑时的轮轨黏着特性具有重要影响,ECF模型相较于其他3种模型不仅能够更准确地计算大蠕滑时的纵向蠕滑曲线和切向应力分布,还能反映接触区域内温度和弹塑性区域的分布情况。 展开更多
关键词 大蠕滑 轮轨滚动接触模型 蠕滑曲线 切向应力 弹塑性行为
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钢轨材料局部激光熔覆自熔性合金涂层的磨损与滚动接触疲劳行为 被引量：4
9
作者 丁昊昊 谢天星 +4 位作者 王文健 祝毅 阳义 郭俊 林强 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1-13,共13页
激光熔覆技术可用于钢轨局部损伤表面的局部修复,但局部修复钢轨材料的磨损与滚动接触疲劳损伤规律尚不清楚。通过在钢轨试样表面切除凹槽来模拟局部损伤,在凹槽处激光熔覆Ni基、Fe基和Co基自熔性合金粉末,分析修复钢轨微观组织与硬度,... 激光熔覆技术可用于钢轨局部损伤表面的局部修复,但局部修复钢轨材料的磨损与滚动接触疲劳损伤规律尚不清楚。通过在钢轨试样表面切除凹槽来模拟局部损伤,在凹槽处激光熔覆Ni基、Fe基和Co基自熔性合金粉末,分析修复钢轨微观组织与硬度,然后利用双轮对滚试验研究局部修复钢轨试样的磨损与滚动接触疲劳行为。结果表明,激光熔覆涂层形成了共晶与枝晶组织,Ni基涂层组织粗大、硬度较小,Fe基与Co基涂层组织尺寸较小,Fe基涂层硬度最大,Co基涂层硬度居中。相比未熔覆区域,激光熔覆区(涂层)塑性变形层厚度较小,且涂层原始硬度越高,硬化后硬度越大,但硬化率和硬化层厚度更小。未熔覆区滚动接触疲劳裂纹较长,但裂纹角度较小;熔覆区裂纹长度均有所降低,但裂纹扩展角度明显增大;熔覆区与未熔覆区结合处疲劳损伤最为严重,疲劳裂纹角度和深度均比熔覆区和未熔覆区更大。对比分析发现,Stellite21(Co基)熔覆试样摩擦因数较低,熔覆区与未熔覆区磨损深度差较小,抗滚动接触疲劳性能较好,较为适合钢轨局部损伤的激光修复。研究结果可为激光熔覆技术在钢轨局部修复上的应用与优化提供理论与技术指导。 展开更多
关键词 激光熔覆 损伤钢轨 微观组织 磨损 滚动接触疲劳
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扣件刚度非线性对波磨区轮轨瞬态滚动接触行为的影响 被引量：4
10
作者 徐井芒 梁新缘 +2 位作者 王凯 赵思琪 王平 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期247-255,共9页
WJ-8型扣件橡胶垫板刚度在长期服役过程中表现出非线性特征,静刚度随荷载增加而降低,为提高三维瞬态滚动接触有限元模型计算精确性,本文以LMA踏面车轮及CHN60型钢轨为基础,基于显式积分算法,将以往研究中线弹性扣件转化为非线性扣件,建... WJ-8型扣件橡胶垫板刚度在长期服役过程中表现出非线性特征,静刚度随荷载增加而降低,为提高三维瞬态滚动接触有限元模型计算精确性,本文以LMA踏面车轮及CHN60型钢轨为基础,基于显式积分算法,将以往研究中线弹性扣件转化为非线性扣件,建立考虑扣件刚度非线性特征的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,研究刚度非线性对车轮与钢轨波磨间高频动态响应及瞬态接触行为的影响,并重点分析了波磨工况下时频域内轮轨接触力、轴箱加速度的变化信息.结果表明:扣件非线性对轮轨接触力变化影响明显,主要表现为车轮行驶至扣件前端时强振动导致橡胶垫板表现为柔软特性使轮轨接触力减小,车轮行驶至扣件上方时在轴重作用下振动减弱表现为刚硬特性使轮轨接触力增大,轮轨力变化差异最大达到13.1%. 展开更多
关键词 刚度非线性 瞬态滚动接触 波磨 显式有限元法
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航空发动机轴承钢滚动接触疲劳模拟及寿命预测 被引量：7
11
作者 付悍巍 张绍田 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期129-138,共10页
主轴轴承是航空发动机中重要的安全部件,由综合性能优良的轴承钢制备,材料须具备高表面硬度、高断裂韧度、耐高温、抗疲劳、抗腐蚀等特点。然而,严苛的运行条件使轴承钢因滚动接触疲劳(RCF)而失效,严重影响飞行安全,因此,准确预测轴承钢... 主轴轴承是航空发动机中重要的安全部件,由综合性能优良的轴承钢制备,材料须具备高表面硬度、高断裂韧度、耐高温、抗疲劳、抗腐蚀等特点。然而,严苛的运行条件使轴承钢因滚动接触疲劳(RCF)而失效,严重影响飞行安全,因此,准确预测轴承钢的RCF寿命是保证航空发动机可靠性的关键。本文综述了航空发动机轴承钢RCF和寿命预测方面的重要研究成果和进展,并且展望了该领域未来的研究方向。文章首先介绍了轴承滚动体和滚道间赫兹接触导致的特殊应力场,其中剪切应力分量在次表面达到峰值,这解释了轴承钢次表面RCF复杂机理的原因,提出在理想条件下次表面起源的RCF是轴承钢的重要失效模式,同时,随着接触应力的增加,材料的响应方式从弹性向塑性演进;此外,由于航空发动机轴承实际服役环境恶劣,表面起源的RCF也会发生,因此存在两者之间的竞争。接着,总结对比了三种对RCF寿命的理论预测思路,即概率模型、机理模型和数值模型,并分析了这三种模型各自的优缺点:概率模型发展成熟,工业界应用广泛,但本质是一类统计学模型,缺少RCF机理,科学性较低;决定性模型通过对物理过程的描述预测RCF寿命,科学性高但模型过于简化,精确性不高;数值模型兼顾了工程实际和科学性,是针对RCF寿命预测问题的有力手段,但精确性有待进一步提升。最后,基于当前的研究现状,建议在未来从解决RCF过程中关键科学问题、通过嵌入RCF机理优化寿命预测模型和发展人工智能在RCF寿命预测的应用这三个方面进行研究。 展开更多
关键词 航空轴承钢 滚动接触疲劳 寿命预测 有限元分析
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变摩擦条件下高速钢轨焊缝处轮轨滚动接触-冲击行为研究
12
作者 杨健 徐井芒 +3 位作者 王凯 刘晨 何傲男 王平 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期111-120,共10页
采用变摩擦系数能够较为准确地刻画轮轨滚动接触行为。为研究变摩擦系数对钢轨焊缝处轮轨滚动接触行为的影响,建立三种不同钢轨焊缝工况的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,通过对比库伦型摩擦系数的结果,计算分析变摩擦系数对轮轨力、... 采用变摩擦系数能够较为准确地刻画轮轨滚动接触行为。为研究变摩擦系数对钢轨焊缝处轮轨滚动接触行为的影响,建立三种不同钢轨焊缝工况的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,通过对比库伦型摩擦系数的结果,计算分析变摩擦系数对轮轨力、接触斑内的微滑以及黏滑分布等接触行为的影响。结果表明:变摩擦系数接触斑内的滑动区域占比会更大且在滑动区域会引起黏滑振荡现象,当轮轨界面滑动现象越明显时,黏滑振荡越剧烈;变摩擦系数对法向接触解的影响不大,切向接触解会因接触状态的改变显著受到影响,造成凸形1焊缝的不均匀磨耗;变摩擦系数会影响von Mises应力分布,其最大von Mises应力发生的位置会向轨底移动,对伤损出现的位置产生影响。 展开更多
关键词 变摩擦系数 钢轨焊缝 三维瞬态滚动接触 显式有限元 轮轨滚动接触解
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重载铁路小半径曲线内轨滚动接触疲劳机理研究
13
作者 栗杨 赵鑫 +2 位作者 温泽峰 彭峰 郝天懿 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期91-100,共10页
国内某重载铁路小半径曲线内轨发生严重的滚动接触疲劳及其所致剥离损伤,主要集中在内侧轨肩处。为揭示其萌生机理,在轮轨现场观测和列车参数调研的基础上,建立典型重载列车的动力学模型,并利用损伤函数与表面滚动接触疲劳指数,数值分... 国内某重载铁路小半径曲线内轨发生严重的滚动接触疲劳及其所致剥离损伤,主要集中在内侧轨肩处。为揭示其萌生机理,在轮轨现场观测和列车参数调研的基础上,建立典型重载列车的动力学模型,并利用损伤函数与表面滚动接触疲劳指数,数值分析内轨滚动接触疲劳的主要影响因素。所预测的疲劳区位置、严重程度及裂纹扩展方向等均与现场观测吻合,并发现钢轨磨耗失形是滚动接触疲劳在内轨两侧轨肩处发生的根本原因。内轨内侧轨肩处疲劳由机车曲线通过行为主导,“Co-Co”式转向架中间轮对的贡献最显著,机车导向轮对与货车共同决定了内轨外侧轨肩疲劳。随着曲线半径R增大,轮轨间作用强度减弱,使得内轨疲劳的严重程度逐渐降低,两轨肩疲劳区向轨顶中心靠拢,并最终在R为1000 m左右时合为1个疲劳区,轨面剥离现象也趋于消失。 展开更多
关键词 重载铁路 滚动接触疲劳 内轨 列车动力学 损伤函数 滚动接触疲劳指数
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G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢重载滚动接触疲劳损伤演化及失效行为研究 被引量：4
14
作者 林飞虎 王黎钦 +4 位作者 李臻 吴继强 魏帅帅 束坤 刘永宝 《摩擦学学报（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1219-1229,共11页
G13Cr4Mo4Ni4V高温轴承钢在航发主轴轴承中广泛应用,具有优异的接触疲劳强度.采用球棒式疲劳试验机研究其在重载润滑条件下的滚动接触疲劳(RCF)损伤演化及失效行为.通过对测试棒接触轨迹三维形貌的测量,结合混合弹流润滑分析,获取了接... G13Cr4Mo4Ni4V高温轴承钢在航发主轴轴承中广泛应用,具有优异的接触疲劳强度.采用球棒式疲劳试验机研究其在重载润滑条件下的滚动接触疲劳(RCF)损伤演化及失效行为.通过对测试棒接触轨迹三维形貌的测量,结合混合弹流润滑分析,获取了接触区润滑行为的演变规律及其对表层和近表层疲劳失效行为的影响.通过对次表层材料微观结构组分和组织形貌的分析,研究了材料组织结构的累积损伤行为,探讨了微区润滑行为与近表层夹杂和次表层材料累积损伤之间的映射关系.研究结果表明:接触轨迹表面磨损、微点蚀和塑性变形造成接触表面润滑状态变化,润滑状态变化、近表层夹杂和次表层材料组织结构累积损伤之间的竞争机制和相互作用是造成不同疲劳失效形式的主要因素.该研究中首次对G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢疲劳损伤演化及失效行为进行了详细分析,为轴承制造筛选材料和工艺提供数据. 展开更多
关键词 轴承钢 滚动接触疲劳 损伤演化 混合弹流润滑 塑性变形
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重载曲线钢轨滚动接触疲劳时变规律及治理优化 被引量：3
15
作者 张昕 赵鑫 +3 位作者 彭峰 李静伟 张凯 李涛 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3153-3165,共13页
为探明某重载铁路小半径曲线钢轨因滚动接触疲劳提前失效机理及优化现有打磨策略,针对该重载线曲线段发生的U75V热处理钢轨滚动接触疲劳损伤,开展不同半径、运量曲线钢轨的现场试验、室内试验、数值仿真,揭示现场不同圆曲线段钢轨疲劳... 为探明某重载铁路小半径曲线钢轨因滚动接触疲劳提前失效机理及优化现有打磨策略,针对该重载线曲线段发生的U75V热处理钢轨滚动接触疲劳损伤,开展不同半径、运量曲线钢轨的现场试验、室内试验、数值仿真,揭示现场不同圆曲线段钢轨疲劳随服役时间的演化规律。研究结果表明:钢轨疲劳随服役时间的演化大致分为裂纹萌生与快速扩展和裂纹-磨耗共生2个阶段。在进入裂纹-磨耗共生阶段后,R600 m、R800 m重载圆曲线段随着服役时间累计会因钢轨显著失形导致轮轨匹配恶化,虽对轨距角裂纹产生了一定抑制作用,但轨面部分区域产生了严重剥离掉块,可能会威胁到安全行车,究其根本原因是钢轨失形到一定程度后轮轨接触点向轨肩集中所致;所跟踪的其余曲线因钢轨磨耗较小未明显失形,故不会出现严重剥离掉块。在实验室内通过对下道钢轨失效分析后发现,涡流探伤仪测量到的最大深度与真实最大深度间存在误差;测量深度一般大于真实深度,真实深度在变大的同时测量深度与真实深度间的误差会越来越大。基于钢轨滚动接触疲劳时变规律,为进一步延长R600 m、R800 m重载钢轨的使用寿命,建议加大打磨频率(特别是在新轨上道6个月内),优先将廓形打磨为标准廓形,兼顾磨去疲劳裂纹;对于更大半径曲线考虑到经济性等,保持当前的打磨策略即可。 展开更多
关键词 重载铁路 曲线钢轨 滚动接触疲劳 涡流检测 钢轨打磨
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材料层状非均匀条件下的轮轨二维滚动接触理论模型 被引量：1
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作者 陈帅 赵国堂 +3 位作者 刘金朝 赵磊 王平 王衡禹 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期96-103,共8页
除有限元外,传统轮轨滚动接触理论计算模型均基于材料均匀假设,为研究材料性能在非均匀条件下的轮轨接触问题,提出一种计算效率高于有限元的二维轮轨滚动接触理论模型。通过接触力学理论和分层模型,结合Fourier变换技术,得到存在非均匀... 除有限元外,传统轮轨滚动接触理论计算模型均基于材料均匀假设,为研究材料性能在非均匀条件下的轮轨接触问题,提出一种计算效率高于有限元的二维轮轨滚动接触理论模型。通过接触力学理论和分层模型,结合Fourier变换技术,得到存在非均匀层的钢轨在法向作用力下的位移基本解;通过积分和叠加原理,得到钢轨表面存在非均匀层条件下的轮轨接触力;以存在脱碳层的钢轨为例,分析钢轨脱碳层对轮轨接触力的影响。结果表明:随着钢轨表面残留脱碳层厚度的增加,接触斑尺寸增大,轮轨法向和切向接触力降低。计算结果与Carter理论、有限元结果进行对比,验证本模型的有效性,为存在非均匀层条件下的轮轨接触提供一种除有限元方法外的高效率的数值算法。 展开更多
关键词 材料非均匀 分层模型 接触力学 轮轨滚动接触理论
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重载货车车轮磨耗及滚动接触疲劳仿真研究 被引量：1
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作者 郝凯 刘鹏飞 +3 位作者 王晨 李雯迪 宋占锋 王占英 《北京交通大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期102-112,共11页
针对重载货车车轮磨耗演化规律及不同运行里程磨耗车轮型面滚动接触疲劳损伤行为等问题,基于车辆-轨道耦合理论、Kik-Piotrowski轮轨接触算法、Archard车轮磨耗模型、Dang Van滚动接触疲劳损伤准则,在UM软件中建立重载货车动力学模型,... 针对重载货车车轮磨耗演化规律及不同运行里程磨耗车轮型面滚动接触疲劳损伤行为等问题,基于车辆-轨道耦合理论、Kik-Piotrowski轮轨接触算法、Archard车轮磨耗模型、Dang Van滚动接触疲劳损伤准则,在UM软件中建立重载货车动力学模型,研究不同里程下车轮型面磨耗量、滚动接触疲劳损伤演化规律.研究结果表明:在车辆运行里程达到3.5万km时,1、2位轮对轮缘磨耗量分别为2.04 mm、0.75 mm,1位轮对轮缘磨耗更为严重,1位轮对累积损伤分布范围比2位轮对分布更宽,而2位轮对累积损伤整体要高于1位轮对,处在踏面6~9 mm位置;随着车辆运行里程增加,1位轮对磨耗宽度更宽,处在踏面-35~36 mm位置,1位轮对最大累积损伤接触点由内向外移动,再向车轮根部移动,而2位轮对最大累积损伤接触点由外向内,再向车轮端部移动;1位轮对磨耗量最大,而滚动接触疲劳损伤要小于2位轮对,车轮磨耗量与滚动接触疲劳损伤两者之间互相抑制,促使车轮滚动接触疲劳损伤向车轮端部移动;建议车辆运行前期采用车轮润滑或者钢轨润滑降低车轮轮缘磨耗,而在车辆运行达到3.0万km后,应重点关注车轮中部踏面5~15 mm位置损伤情况,必要时采用“研磨子”增大车轮磨耗来降低车轮损伤. 展开更多
关键词 重载货车 车-轨耦合 车轮磨耗 滚动接触疲劳 损伤系数
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基于滚动接触的单模块多自由度柔性连续体机械臂设计 被引量：1
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作者 周亮 温涛 +1 位作者 胡俊峰 周浩 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期473-482,共10页
为实现连续体机械臂的多模态运动,解决现有机械臂只能实现单一弯曲或旋转的问题,设计了一种基于滚动接触的单模块多自由度柔性连续体机械臂。将滚动接触模块作为连续体机械臂弯曲模块的骨架结构,并在弯曲模块内安装旋转模块,以形成具备... 为实现连续体机械臂的多模态运动,解决现有机械臂只能实现单一弯曲或旋转的问题,设计了一种基于滚动接触的单模块多自由度柔性连续体机械臂。将滚动接触模块作为连续体机械臂弯曲模块的骨架结构,并在弯曲模块内安装旋转模块,以形成具备独立弯曲和旋转运动的多自由度机械臂。采用分段常曲率法建立连续体机械臂的运动学模型,对其刚度性能、弯曲性能和旋转性能进行了分析。制备了连续体机械臂样机,并开展机械臂拧松瓶盖、开启风扇以及在三维空间内避开障碍物抓取目标物体等实验。实验结果表明,利用连续体机械臂的弯曲与旋转组合运动可完成复杂空间环境下的不同任务,体现了复合运动模式的优势。所设计的连续体机械臂具备多模态运动,可为多自由度连续体机械臂的设计提供新思路,拓展了连续体机械臂的应用场景。 展开更多
关键词 柔性连续体机械臂 单模块 滚动接触 多模态运动
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轴承钢滚动接触疲劳亚表面夹杂处损伤分析 被引量：5
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作者 陈金华 李淑欣 +2 位作者 鲁思渊 曹均 金永生 《摩擦学学报（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期267-279,共13页
轴承钢在滚动接触疲劳(RCF)中失效的主要原因之一是亚表面白蚀区(WEA)的形成.本文中从塑性应变累积引起剪切局域化新的角度对WEA进行了研究.通过耦合晶体塑性和相场损伤理论建立了损伤演化本构模型,研究了非金属夹杂处塑性应变累积和损... 轴承钢在滚动接触疲劳(RCF)中失效的主要原因之一是亚表面白蚀区(WEA)的形成.本文中从塑性应变累积引起剪切局域化新的角度对WEA进行了研究.通过耦合晶体塑性和相场损伤理论建立了损伤演化本构模型,研究了非金属夹杂处塑性应变累积和损伤演化.研究表明,接触疲劳载荷引起的塑性应变局域化导致了剪切带的形成.剪切带的形貌、取向和应变与WEA的一致,表明WEA实际上是应变局域化的剪切带.晶体取向对WEA损伤的形成和发展有很大的影响,WEA仅在择优的晶体取向下形成.与软夹杂周围的剪切带和损伤演化不同,硬夹杂处的剪切带与夹杂相切,形成的4条剪切变形带将夹杂“包围”.剪切带内部处于高应变和低应力的状态,带中心处应变达到最大,随带宽两侧急剧减小,而中心处应力却最小,几乎为零,沿带宽两侧增大,这说明裂纹在剪切带内萌生和扩展.该结论阐明了裂纹和WEA形成的关系,即裂纹是在WEA形成过程中因应变不协调产生,而非裂纹先产生,裂纹上下表面相互摩擦导致WEA形成. 展开更多
关键词 轴承钢 滚动接触疲劳 白蚀区 应变局域化 剪切带
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缩尺车轮-环轨滚动接触与磨耗特性仿真分析
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作者 罗易飞 胡彬 +1 位作者 赵鑫 温泽峰 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1275-1284,共10页
为了研究缩尺车轮-环轨滚动接触与磨耗特性,基于轮轨滚动行为(WRRB)模拟试验台参数,利用ANSYS/LS-DYNA建立瞬态滚动接触有限元模型,集成弹性蠕滑率求解程序和Tγ磨耗模型,通过试验验证模型的正确性.重点分析轮轨力、蠕滑率、接触应力和... 为了研究缩尺车轮-环轨滚动接触与磨耗特性,基于轮轨滚动行为(WRRB)模拟试验台参数,利用ANSYS/LS-DYNA建立瞬态滚动接触有限元模型,集成弹性蠕滑率求解程序和Tγ磨耗模型,通过试验验证模型的正确性.重点分析轮轨力、蠕滑率、接触应力和钢轨磨耗深度,并考虑车轮驱动扭矩和速度的影响规律.结果表明:缩尺车轮-环轨结构的高频弹性振动造成轮轨垂向力波动;在比例载荷作用下,纵向动力学行为和钢轨磨耗深度变化趋势与服役轮轨一致;由于环轨的极小曲线半径,自由滚动工况下的横向蠕滑力/率、自旋蠕滑率、钢轨磨耗深度偏大,切向接触应力峰值出现在接触斑后沿两侧;车轮驱动扭矩和速度的影响规律可拟合为一组经验公式.研究可以为此类试验台的设计与应用工作提供理论依据. 展开更多
关键词 缩尺车轮-环轨 显式有限元法 瞬态滚动接触 蠕滑 磨耗
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