低温下铁路钢轨抗脆断设计方法分析

研究目的:随着青藏铁路的开通,钢轨钢材在低温下安全性能研究的重要性随之凸现出来.为了防止钢轨钢材在低温条件下发生脆性断裂,提出一种实用的钢轨钢材低温下防断设计方法具有重要的现实意义.研究结论:钢轨钢材在低温下属于较为典型的脆性断裂,低温防断设计方法是以试验测量得到的平面应变断裂韧度KIC作为安全分析判据;从工程实际出发,进行低温下钢轨的抗断设计,得出钢轨常见裂纹的容许裂纹上限值aC,为钢轨的伤损检测提供了依据.     

低温下铁道钢轨钢材冲击韧性与断裂韧性的关系分析

依据钢轨钢材系列低温冲击试验和断裂韧性试验的结果,参照目前已有的钢材冲击韧性与断裂韧性之间的关系,对钢轨钢材冲击功AK与其断裂韧度KIC之间的关系进行回归分析,得到了AK与KIC之间的关系式.根据弹塑性断裂力学理论,推导出了钢轨钢材冲击功AK与裂纹尖端张开位移CTOD临界值δC和J积分临界值JIC之间的关系式,为通过简单经济的冲击试验来预测钢轨钢材的断裂韧性提供了一种方法.     

低温下铁路钢轨钢材断裂韧度KIC的试验研究

青藏铁路因常常经历-40 ℃以下的低温气候,对于钢轨钢材低温韧性的要求更为严格,因此低温下钢轨钢材安全性能的研究尤为重要.作者对青藏铁路常用的2种钢轨钢材U71Mn和U75V制作的标准三点弯曲试样进行一系列试验研究,对其在20 ℃、0 ℃、-20 ℃、-40 ℃以及-60 ℃环境温度下的断裂韧度KIC进行量测和计算,得到2种钢材断裂韧度随温度变化的基本规律.并结合试验分析结果,对这2种钢轨钢材断裂韧度KIC受温度以及化学成分的影响进行系统分析和讨论.研究结果可供相关专业设计人员参考.     

低温对结构钢材断裂韧度JIC影响的试验研究

随着温度的降低,结构铜材的主要断裂韧度指标发生变化、在低温(20,-10,-30,-50,-70或-65℃)条件下,测定了3种主要结构钢材(Q235A,16Mn和15MnVq)4种厚度(12,24,36和48mm)试样的断裂韧度JIC总的趋势为3种结构钢材的断裂韧度JIC随着温度下降或厚度增加而减小,断裂韧度JIC随温度和厚度的变化曲线均呈“S”型,分为上平台、转变区和下平台3部分。在上、下平台区域,断裂韧度JIC的变化比较缓慢;在转变区,断裂韧度JIC急剧下降。在某些情况下,上平台区域会出现断裂韧度JIC随温度降低或厚度增加而提高的现象。     

钢轨钢材低温力学性能的试验研究

研究目的:钢轨钢材在低温下力学性能变差,容易发生脆性破坏,这直接威胁着铁路运输的安全。随着青藏铁路等低温地区的铁路建设大规模的展开,了解钢轨钢材力学性能指标受温度的影响规律成为越来越迫切的课题,本文试验测得我国常用钢轨钢材在低温下的各项力学指标将给寒冷地区的铁路建设提供试验依据。研究方法:本文通过制造人工低温环境,在 20℃、0℃、-20℃、-40℃、-60℃五个温度点下对我国目前铁路工程中常用的60 kg/m的U71Mn和U75V两种钢轨钢材进行拉伸试验,得到这两种钢轨钢材低温下的强度和塑性指标,并根据已有研究成果对试验数据进行分析和拟和。研究结果:本文试验得到了U71Mn和U75V两种钢轨钢材抗拉强度、规定非比例延伸强度、断后伸长率和断面收缩率随温度的变化规律,计算了2种钢轨钢材的温度敏感系数,得到预测钢轨钢材低温下抗拉强度的公式。由2种钢轨钢材低温力学性能的比较,本文对低温地区铁路建设选用钢轨提出了建议。研究结论:随着温度的降低,钢轨钢材的抗拉强度和非比例延伸强度略有升高,但断后伸长率和断面收缩率下降,塑性变差。U71Mn钢材在-60℃时仍具有良好的塑性,而U75V钢材在低温下塑性明显变差,呈现出脆性破坏,所以在寒冷地区的铁路建设中宜优先选用U71Mn钢轨钢材。     

英国铁路钢轨故障原因分析及应对措施

通过分析钢轨故障原因,英国铁路线路公司(Railtrack)采取安装车轮冲击载荷检测系统、加强钢轨打磨、广泛应用超声波自动探伤等重要措施,有效解决车轮缺陷、钢轨疲劳缺陷、手工操作超声波探伤等带来的钢轨断裂与钢轨缺陷问题,其技术方案和发展思路可供我国铁路借鉴.     

U71Mn钢轨低温性能试验研究

对包钢产U71Mn成分钢种进行了低温系列冲击试验、低温拉伸试验、低温断裂韧度试验,分析讨论了冲击值与低温韧脆转变温度的关系和化学成分、试验温度对强度、塑性以及断裂韧性的影响。试验结果表明,青藏铁路使用中下限成分的U71Mn钢轨,可提高钢轨安全使用性能,满足青藏铁路格拉段低温环境的需要。     

U71Mn钢轨断裂分析

通过宏观和微观观察,分析某铁路线重型钢轨发生异常断裂的原因。结果表明,轨底边缘曾受到机械碰撞而产生加工硬化及微裂纹,在应力及应力集中共同作用下,裂纹不断扩展至整个截面而导致重轨断裂失效,提出减少钢轨伤损发生的措施。     

钢轨折断原因分析及预防措施

对2008年广州铁路集团公司发生的断轨故障进行归类分析,阐明钢轨折断的成因,提出相应的预防措施及工作方向。     

钢结构厚板对接焊缝低温冲击韧性试验研究

目前,国内建筑物在不断地超高层化以及超大型化,使得钢结构厚板的应用越来越广泛。厚度增大导致焊缝焊接热影响增大,同时焊缝的缺陷敏感性也相对更加显著,这些因素使得钢厚板焊缝韧性性能变差,特别是在低温环境中更加明显。因此,有必要研究钢厚板对接焊缝的低温冲击韧性。对150 mm厚钢板对接焊缝进行了低温下的冲击韧性试验研究,结果显示焊缝区和热影响区的冲击韧性均随温度降低而降低,而且热影响区的冲击韧性沿板厚度方向随表面到中心的位置变化而降低,这和母材的规律一致,但数值相对母材有所降低。同时,利用Boltzm ann函数对试验结果进行拟合分析,得到其韧脆转变温度及变化规律。试验结果表明:钢结构特厚板对接焊缝有较明显的低温脆性特征,要引起足够重视。     

电力机车低温用材选材研究

通过对一些钢材在低温下焊接性能的对比试验研究,提出了适合低温环境下(-50～50℃)运行的电力机车结构用钢钢种。     

Q460C高强钢材对接焊缝的低温力学性能试验

对我国目前研制的Q460C建筑高强钢材的焊接钢板进行低温拉伸试验,得到屈服强度fy、抗拉强度fu、断面收缩率ψ、断后伸长率δ、屈强比等力学性能随温度的变化规律,同时计算了Q460C焊接接头的温度敏感系数,并对断口进行了扫描电镜分析。研究结果表明:随温度下降,其抗拉强度和屈服强度均有所提高,但ψ和δ都有不同程度下降,并与其母材进行比较分析,表现出其力学性能低于母材,表明Q460C焊接钢材有较大的低温冷脆倾向;得到预测其低温下屈服强度、抗拉强度和屈强比的公式;在低温地区中使用高强结构钢材Q460C时要考虑低温冷脆。     

开口螺钉断裂的材料分析及工艺试验

制动夹钳单元中开口螺钉在高寒环境使用时发生断裂,对断裂的螺钉进行了断口分析,并对所使用2Cr13材料的热处理工艺进行了试验分析,检测不同温度下材料的冲击功,系统研究分析开口螺钉在低温下出现脆性断裂的原因并提出该零部件材料适用于低温的技术指标。     

低温下总风缸的选材分析及强度计算

分析了低温对机车总风缸的影响,提出了将风缸材料Q235A改为16MnDR,以使机车适应东北地区冬季寒冷气候的建议,并进行了总风缸的强度计算与设计。     

低温环境下转向架的润滑

分析了低温环境下润滑剂的低温性能、参数对转向架齿轮、轴承等的作用和影响,提出了低温情况下润滑剂的选择途径。     

高温下钢管混凝土温度场的非线性有限元分析

在高温下,材料的热工性能随温度变化而变化,为了对钢管混凝土耐火性能进行理论分析,了解高温下钢管混凝土的承载力及变形变化规律,首先必须分析钢管混凝土的温度场.高温下混凝土中的自由水汽化、水化物和凝胶等发生分解,这些物理化学反应将吸收热能,从而造成温度滞后.在合理地确定了火灾情况下钢管混凝土柱受火模型的基础上,应用有限元程序ANSYS,假定钢管和混凝土完全接触,采用增大混凝土比热的办法考虑温度滞后的现象,可以较准确计算四面均匀受火下钢管混凝土柱的温度场.其研究工作有助于进一步深入认识钢管混凝土柱在高温下的力学性能和耐火极限.     

低温对转向架结构性能的影响

分析了低温对电力机车转向架运行性能的影响,并从设计及运用的角度,对转向架结构及所用金属材料、橡胶件、润滑油和润滑脂的选择提出建议。     

恒高温下混凝土及钢管混凝土受压力学性能研究

对国内进行的恒高温下C20-C80强度等级的混凝土单轴受压力学性能的试验资料进行了重分析,提出了恒高温下C20-C80强度等级混凝土轴心抗压强度、受压弹性模量、受压峰值应变等力学性能指标统一计算公式和混凝土轴心受压应力-应变全曲线计算公式。并进一步建议了恒高温下钢材的多轴弹塑性本构模型和混凝土轴对称三轴受压本拘模型,应用连续介质力学建立高温下钢管混凝土同时受压的同心圆柱体计算模型,采用弹塑性全过程分析理论,编制相应的计算程序,对恒高温下钢管混凝土轴压短柱受力性能进行全过程分析,计算结果与试验结果符合较好。