轮轨黏着系数对钢轨直裂纹瞬态扩展行为的影响

摘要：

采用ANSYS/LS-DYNA建立了含有钢轨直裂纹的三维显式有限元模型,考虑了高速条件下轮轨间的瞬态滚动接触和裂纹面之间的滑动接触,于时域内分析了轮轨滚滑作用下裂纹面之间的瞬态法、切向接触和裂尖动态应力场强度因子.轮轨接触和裂纹面间的接触,均采用“面-面”接触算法定义,切向接触满足库伦摩擦定律.裂尖应力场强度因子采用虚拟闭合法计算,不考虑裂纹面之间的间隙,即两个裂纹面上的离散节点完全重合.牵引工况的计算结果表明,滚滑状态下的轮轨法、切向接触力不随轮轨黏着系数的增加而变化,但裂纹面间的最大法、切向接触力却随黏着系数的增加而不断减小.车轮滚到裂纹时,钢轨的弯曲变形使得两个裂纹面相互挤压闭合,即KⅠ值为0,而KⅡ最大值约为KiⅢ最大值的8.1倍左右.这意味着钢轨表面的直裂纹,如果可以扩展,其在无横移牵引工况下的扩展应该以Ⅱ型撕裂为主导.随着粘着系数由0.1增至0.5时,无横移牵引工况下KⅡ最大值仅增大3.98％,而KⅢ最大值反而降低20.8％.

关键词：轮轨滚滑、滚动接触疲劳、直裂纹、轮轨黏着、动态应力场强度因子、显式有限元法

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分类号：U211.5(铁路线路工程)

资助基金：国家自然科学基金项目51305361,51675444;牵引动力国家重点实验室自主课题2015TPL_T09

在线出版日期：2018-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：239-245