钢轨表面三维疲劳裂纹扩展数值分析 |
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引用本文: | 王梦凡,阚前华,赵吉中,温泽峰,苗鸿臣,康国政.钢轨表面三维疲劳裂纹扩展数值分析[J].固体力学学报,2023(3):355-367. |
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作者姓名: | 王梦凡 阚前华 赵吉中 温泽峰 苗鸿臣 康国政 |
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作者单位: | 1. 应用力学与结构安全四川省重点实验室力学与航空航天学院西南交通大学;2. 牵引动力国家重点实验室西南交通大学 |
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基金项目: | 国家自然科学基金项目(12072295);;国家自然基金地区联合基金项目(U21A20167)资助; |
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摘 要: | 在车轮循环滚动接触载荷作用下,钢轨接触表面裂纹问题频发,严重威胁高速列车运行安全,开展钢轨表面三维滚动接触疲劳裂纹扩展分析意义重大.首先,考虑不同初始裂纹角度,建立钢轨轨头含初始裂纹的三维有限元模型,对钢轨表面施加循环滚动接触载荷,进行轮轨滚动接触计算;然后,基于相互作用积分法计算裂纹前缘的应力强度因子;最后,采用最大周向应力准则和Paris公式计算当前状态下裂纹扩展方向和扩展速率,进而更新下一时刻的裂纹形状和尺寸.通过对上述过程重复实现,从而预测钢轨表面三维裂纹的扩展路径.加载过程中裂纹前缘应力强度因子计算结果表明,随着初始裂纹角度增加,KⅠ的峰值逐渐减小,KⅡ的峰值逐渐增大,裂纹前缘各位置的等效应力强度因子逐渐减小;裂纹前缘节点的位置越靠近钢轨表面,等效应力强度因子越大.疲劳裂纹扩展计算结果表明,随着循环次数的增加,不同初始角度下的裂纹都发生了偏折,逐渐朝着钢轨深度方向扩展,且裂纹的初始角度越大,发生扩展时需要的循环次数越多.对比三种初始裂纹角度下裂纹长度随循环次数的演化曲线可以发现,初始裂纹角度越小,裂纹扩展速率越大.所开发的方法也适用...
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关 键 词: | 疲劳裂纹扩展 滚动接触疲劳 最大周向应力准则 应力强度因子 |
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