液体对钢轨滚动接触疲劳裂纹的作用

作     者：周宇 王钲 卢哲超 李骏鹏 ZHOU Yu;WANG Zheng;LU Zhechao;LI Junpeng

作者机构：同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室上海201804 

出 版 物：《同济大学学报（自然科学版）》 (Journal of Tongji University:Natural Science)

年 卷 期：2022年第50卷第2期

页      面：253-263页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51678445,51878661) 上海市科委项目(20dz1203100) 上海申通地铁科研项目(JSBZ19R001)。 

主　　题：钢轨 滚动接触疲劳 裂纹 液体 疲劳伤损 

摘      要：建立基于耦合欧拉−拉格朗日方法的液体-裂纹流固耦合数值模型,分析移动轮轨接触荷载下液体对钢轨滚动接触疲劳裂纹面之间的压力分布情况,研究了不同黏度液体对不同长度、不同角度裂纹的作用。结论发现:高黏度液体对裂纹全长均有压力,对裂纹面的压力是低黏度液体压力的4.8~5.9倍,且越靠近裂纹尖端的压力越大,算例工况下脂类对裂纹尖端的压力最大值达到约690~751MPa。随着接触荷载通过裂纹开口,高黏度液体仍然停留在裂纹内,对裂纹面压力作用持续时间较长,约占一次荷载周期的80%~90%,在一个荷载周期内对裂纹面的压力分布呈马鞍状。而低黏度液体会随着轮轨接触荷载的运行被挤出裂纹,主要对裂纹开口及中段形成较大压力,对裂纹面的压力作用持续时间仅占一次荷载周期的10%~30%,在一个荷载周期内对裂纹面的压力分布呈山峰状。裂纹角度越大、长度越长,液体对裂纹面的压力作用更大,裂纹扩展趋势更明显。裂纹角度为30°和40°时分别较20°时,高黏度液体对裂纹面压力最大值增大了38.5%~63.8%和1.1~1.2倍。裂纹长度为2mm时较1.5mm时,高黏度液体对裂纹面压力最大值增大了6.1%~8.3%。