液體粘度對鋼軌滾動接觸疲勞裂紋擴(kuò)展影響仿真分析

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1、國內(nèi)圖書分類號：TH117密級：公開國際圖書分類號：621西南交通大學(xué)研究生學(xué)位論文液體粘度對鋼軌滾動接觸疲勞裂紋擴(kuò)展影響仿真分析年級二零一五級姓名汪鵬鵬申請學(xué)位級別工學(xué)碩士專業(yè)機(jī)械設(shè)計及理論指導(dǎo)老師郭俊研究員二零一八年五月ClassifiedIndex:TH117U.D.C:621SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSIMULATIONANALYSISONTHEEFFECTOFLIQUIDVISCOSITYONROLLINGCONTACTFATIGUECRACKPROPAGATIONOFRAILGrade:2015Candidat

2、e:WangPengpengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MechanicalDesignandTheorySupervisor:Prof.GuoJunMay2018西南交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)西南交通大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1．保密□，在年解密后適用本授權(quán)

3、書；2．不保密□，使用本授權(quán)書。學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)老師簽名：日期：日期：西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文主要工作（貢獻(xiàn)）聲明本人在學(xué)位論文中所做的主要工作或貢獻(xiàn)如下：(1)建立了液體滲入裂紋內(nèi)部的有限元數(shù)值模型，利用有限元法對雷諾方程進(jìn)行離散，引入流固耦合的邊界條件，推導(dǎo)出計算方程，采用編程方法求解了裂紋內(nèi)液體壓力分布和裂紋面張開位移，找到了分析液體進(jìn)入裂紋過程的近似方法。(2)通過有限元離散方程計算了鋼軌二維模型中裂紋內(nèi)液體壓力分布，分析了粘度對液體滲入鋼軌表面裂紋的影響，然后根據(jù)應(yīng)力強度因子分析了不同粘度條件下裂紋擴(kuò)展路徑和擴(kuò)展速率。(3)建立了液體滲入鋼軌表面裂紋三維模型，通過計算應(yīng)

4、力強度因子分析了不同裂紋參數(shù)下粘度對鋼軌裂紋擴(kuò)展的影響，并與二維模型結(jié)果進(jìn)行了對比。本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究工作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明。本人完全了解違反上述聲明所引起的一切法律責(zé)任將由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第I頁摘要隨著鐵路運輸?shù)母咚倩椭剌d化，鋼軌服役的環(huán)境越來越惡劣，尤其在曲線段鋼軌上，列車的橫向沖擊力較大，導(dǎo)致鋼軌側(cè)磨嚴(yán)重?，F(xiàn)場通過涂抹潤滑劑來降低摩擦系數(shù)，以減少輪軌間的磨損

5、，但潤滑劑的不合理使用會加速鋼軌疲勞裂紋的擴(kuò)展。鋼軌疲勞裂紋不僅增加了鐵路運營成本，而且嚴(yán)重影響著鐵路運行安全。因此，開展?jié)櫥瑮l件下鋼軌滾動接觸疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展機(jī)理研究，對我國鐵路的運營及日常維修養(yǎng)護(hù)具有重要的理論意義和經(jīng)濟(jì)價值。通過一種流固耦合的方法研究了輪軌滾動接觸條件下鋼軌表面裂紋內(nèi)滲入的液體對裂紋擴(kuò)展的影響。首先在潤滑區(qū)域?qū)⒗字Z方程進(jìn)行有限元離散，引入流固耦合的邊界條件，得到了計算模型的理論方程；然后，基于二維單邊裂紋矩形板建立了液體受外載作用滲入裂紋過程的分析模型，計算分析了不同時刻裂紋內(nèi)液體壓力分布和裂紋面張開位移，確定了分析液體進(jìn)入裂紋過程的合適方法；然后，通過建立輪軌

6、滾動接觸二維模型，計算了液體受到擠壓滲入鋼軌表面裂紋后的壓力分布，對裂紋尖端的應(yīng)力強度因子進(jìn)行分析，研究了不同參數(shù)條件下粘度對鋼軌滾動接觸疲勞裂紋擴(kuò)展的影響；最后，建立了液體滲入鋼軌表面裂紋的三維模型，進(jìn)一步分析了粘度對液體滲入鋼軌裂紋的影響。論文研究得到以下結(jié)論：(1)液體在滲入裂紋過程中，粘度越大，液體到達(dá)裂尖所需時間越長。當(dāng)粘度??100時，車輪在液體還沒有完全進(jìn)入裂紋前就已經(jīng)通過裂紋區(qū)域，因此對鋼軌表面裂紋擴(kuò)展影響較小。(2)當(dāng)鋼軌表面液體粘度一定時，隨著輪軌接觸面摩擦系數(shù)和裂紋長度的增加及裂紋角度的減小，液體越容易滲入裂紋，裂紋擴(kuò)展的可能性愈大。(3)在低粘度區(qū)(??1)，鋼

7、軌裂紋主要以張開型裂紋擴(kuò)展為主，并伴隨有滑開型裂紋；在中等粘度區(qū)(1???100)，張開型和滑開型共同促使裂紋擴(kuò)展；在高粘度區(qū)(??100)，雖然液體很難進(jìn)入裂紋，但滲入裂紋的少量液體會在裂尖堆積促使鋼軌表面裂紋主要以張開型裂紋擴(kuò)展。(4)液體的粘度越小，鋼軌表面裂紋的擴(kuò)展速率越快，且形成的剝落坑越大。因此在鋼軌養(yǎng)護(hù)時，應(yīng)優(yōu)先使用高粘度的潤滑油或者固體潤滑劑。關(guān)鍵詞：鋼軌；液體粘度；數(shù)值計算；應(yīng)力強度因子；滾動接觸疲勞裂紋西南交通大學(xué)碩士研究生