检索结果-南通市图书馆

作者：王义坤天津大学

学位级别：硕士

磨削加工后的工程陶瓷工件表面由于磨削力和磨削温度的作用会产生一定损伤,这些损伤严重的影响着工件的质量,因此对于工程陶瓷表面损伤的检测是十分重要的。目前工程陶瓷磨削加工表面质量的检测方法和金属材料类似,但这并不能有效的反... 详细信息

磨削加工后的工程陶瓷工件表面由于磨削力和磨削温度的作用会产生一定损伤,这些损伤严重的影响着工件的质量,因此对于工程陶瓷表面损伤的检测是十分重要的。目前工程陶瓷磨削加工表面质量的检测方法和金属材料类似,但这并不能有效的反应出工程陶瓷的损伤状况。本文的工作目的是将计算机数字图像处理技术运用于工程陶瓷的表面损伤的检测,具体的工作内容如下:1.本文以磨削加工理论和陶瓷表面损伤缺陷产生机理为基础,在显微镜下观察和分析磨削加工后的工程陶瓷表面,综合所观察表面的形貌特征将工程陶瓷磨削加工表面损伤特征分为裂纹、破碎等五种。2.利用数字图像处理技术中图像增强、图像分割、图像边缘检测和图像特征提取等方法提取工程陶瓷磨削加工表面的损伤特征图像的特征参数;设计特征识别分类器处理特征参数来识别各种损伤特征。3.使用Visual Basic6.0和MATIAB6.5软件开发工程陶瓷磨削加工表面损伤检测系统。此系统实现了对工程陶瓷磨削加工表面图形采集、分析处理、特征识别和参数评价的功能,检测效果理想。

关键词：工程陶瓷磨削表面表面损伤图像处理检测

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高强钢板冲压成形表面损伤实验研究

高强钢板冲压成形表面损伤实验研究

作者：蒋力宙浙江农林大学

学位级别：硕士

使用高强度钢板是当今汽车轻量化的重要手段之一,但高强度钢板材成形过程中相较于普通钢板而言,需要更大的拉伸力,板料和模具间的摩擦增大,板料极易发生表面损伤缺陷。目前研究表面损伤缺陷所使用的U型件或盒形件实验装置,虽然也能模拟... 详细信息

使用高强度钢板是当今汽车轻量化的重要手段之一,但高强度钢板材成形过程中相较于普通钢板而言,需要更大的拉伸力,板料和模具间的摩擦增大,板料极易发生表面损伤缺陷。目前研究表面损伤缺陷所使用的U型件或盒形件实验装置,虽然也能模拟表面损伤缺陷的发生,但需要大量的板料,造成人力和物力的极大浪费。而且研究大都集中于高强度钢表面损伤产生机理以及预防与抑制表面粘连、拉毛的措施方面,对某种具体影响因素,尤其是模具表面处理状态与高强度钢表面损伤之间的关系研究很少。因此设计更简便实用且符合冲压现场工况的高强度钢表面损伤模拟实验装置,研究高强度钢表面损伤影响因素及其规律对高强度钢的应用具有重要意义。本文设计了一种简易的,可方便快捷地模拟高强度钢表面损伤的实验装置。利用该模拟实验装置,通过改变模具头硬度、表面粗糙度,改变高强度钢板预形变量等手段,研究高强度钢板成形过程中表面缺陷产生的起源以及各变量因素对高强度钢表面损伤的影响规律。结果表明,增加模具头硬度、将模具头进行抛光与Cr镀层处理、减少高强度钢板横向形变等均有利于改善模具与高强度钢板之间的摩擦状态,研究结果对高强度钢板成形工艺的制定有重要的指导意义。

关键词：高强度钢冲压成形表面损伤模拟实验装置

薄壁齿圈成形磨削表面损伤特性及残余应力控制研究

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薄壁齿圈成形磨削表面损伤特性及残余应力控制研究

作者：江晓阳湖南大学

学位级别：硕士

薄壁齿圈凭借其高效、平稳传动等优点被广泛应用于各种传动装置中。齿圈磨削工艺对于消除热处理过程中产生的变形,提高尺寸精度和齿面机械性能显得尤为重要。但是由于薄壁齿圈整体刚度弱、结构复杂等原因,其磨削过程中磨削力和磨削温度... 详细信息

薄壁齿圈凭借其高效、平稳传动等优点被广泛应用于各种传动装置中。齿圈磨削工艺对于消除热处理过程中产生的变形,提高尺寸精度和齿面机械性能显得尤为重要。但是由于薄壁齿圈整体刚度弱、结构复杂等原因,其磨削过程中磨削力和磨削温度随加工参数的改变而呈现复杂的变化,导致磨削表面残余应力、粗糙度、硬度等表面性能不稳定,导致零件尺寸精度低。国内外学者主要针对齿轮磨削过程中的磨削力、磨削温度以及表面完整性开展了研究,但由于薄壁齿圈结构较复杂,对薄壁齿圈的磨削工艺和表面残余应力及损伤特性的研究较少。本文针对上述问题,以某装甲车传动系统中的薄壁齿圈为研究对象,开展了薄壁齿圈成形磨削表面完整性和残余应力控制研究,进而实现低应力磨削和提高薄壁齿圈加工尺寸精度稳定性,主要工作及研究成果如下:(1)通过分析磨削过程中砂轮磨粒与工件表面的接触关系,研究了薄壁齿圈磨削力和磨削温度的变化机理,获得了磨削参数对磨削力和磨削温度的影响规律。通过对齿圈成形磨削表面微观形貌和亚表面层加工损伤的研究,表征了磨削表面损伤特性,并阐明了磨削参数对表面损伤的影响机理,对于合理选用磨削参数,尤其是对磨削表面损伤的控制提供了重要参考。(2)分析了磨削表面残余应力的主要影响因素,通过分析机械应力-热应力耦合机制,阐述了初始残余应力在磨削过程中的演变规律。通过对淬火工件表面磨削前后残余应力的对比研究,阐明了磨削参数对表面层残余应力的影响规律,通过统计学分析确定了各参数对表面残余应力的影响显著性,对设置低应力磨削工艺和磨削参数,实现对磨削表面残余应力的控制、提高齿面抗疲劳强度和尺寸精度提供了重要参考。(3)设计了粗磨+多次半精磨+精磨的余量分配方案,通过开展成形磨削余量分配实验研究了余量分配对磨削温度和表面完整性的影响。分析了不同磨削道次之间热量的累积关系,阐明了磨削温度的变化规律。综合考虑磨削热、磨削力、砂轮材质与工件材料的作用关系,分析了齿圈磨削表面形貌的形成机理。确定了降低磨削温度、减小磨削损伤的磨削余量分配方式,并通过企业现场薄壁齿圈加工对方案进行了验证。对磨削余量分配技术的研究表明,本文提出的磨削余量分配优化方案可以显著缩短齿圈的加工时间,实现零件表面残余应力的优化控制,并提高薄壁齿圈磨削加工后的尺寸精度稳定性。

关键词：薄壁齿圈残余应力表面损伤余量分配

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基于计算机视觉的钢丝绳表面损伤诊断方法

基于计算机视觉的钢丝绳表面损伤诊断方法

作者：黄鑫元电子科技大学

学位级别：硕士

随着社会经济和工业发展,钢丝绳在很多重要领域有着越来越广泛的应用。在钢丝绳使用过程中,不可避免的会对钢丝绳造成损伤。为了能够及早发现损伤,提前进行预警和故障处理,有必要针对钢丝绳开展无损检测研究。目前,基于计算机视觉的钢... 详细信息

随着社会经济和工业发展,钢丝绳在很多重要领域有着越来越广泛的应用。在钢丝绳使用过程中,不可避免的会对钢丝绳造成损伤。为了能够及早发现损伤,提前进行预警和故障处理,有必要针对钢丝绳开展无损检测研究。目前,基于计算机视觉的钢丝绳表面损伤诊断大多是基于传统机器学习方法,较少采用基于深度学习方法。近年来,基于深度学习的表面损伤诊断方法已经在诸多无损检测领域快速发展,并且表现出比传统机器学习方法更优良的性能。因此,本文将卷积神经网络引入基于计算机视觉的钢丝绳表面损伤诊断并进行方法探究。本文的主要研究内容概括如下:（1）为了对基于深度学习的钢丝绳表面损伤诊断展开探究,本文设计了基于计算机视觉的钢丝绳表面图像采集装置,用于采集钢丝绳表面损伤图像数据。设计滑块导轨装置,方便对不同尺寸的钢丝绳进行图像采集。设计条形光源与相机间隔60度角,提高漫反射效果,减少钢丝绳表面反光对损伤识别的影响。添加套筒装置,稳定钢丝绳,提高成像质量。同时,本文还分析了影响图像采集质量的三个因素,为今后设计基于计算机视觉的图像采集装置提供一定借鉴意义。（2）针对钢丝绳表面损伤模式识别问题,传统基于人工特征提取的机器学习方法存在依赖大量先验知识和模型适应性差等问题,因此本文提出一种基于卷积神经网络的钢丝绳表面损伤模式识别方法,很好地识别正常、表面断丝和表面磨损这三种模式。通过和基于人工特征提取的机器学习方法对比发现,本文方法更适合于钢丝绳表面损伤模式识别。同时,本文还分析了卷积神经网络结构设计中不同卷积层、池化层和全连接层深度对最终分类效果的影响。对将来设计基于卷积神经网络的钢丝绳表面损伤模式识别方法有一定借鉴意义。（3）针对钢丝绳表面损伤目标检测问题,基于现有文献调研,目前尚未有学者将钢丝绳目标检测方法应用于钢丝绳表面损伤诊断,因此本文提出一种基于YOLOv3的钢丝绳表面损伤目标检测方法。在方法设计时,通过引入深度可分离卷积思想,缩小网络规模,提高模型训练和推断速度。通过对比发现,本文所设计的网络比YOLOv3方法网络规模更小,更利于生产部署,同时钢丝绳表面损伤诊断效果比YOLOv3方法更好。为了进一步满足生产实际部署需要,本文使用Intel公司开发的OpenVINO工具箱对模型推断进行加速,提高模型在CPU上的运算速度。

关键词：钢丝绳表面损伤模式识别目标检测计算机视觉卷积神经网络

碳刷表面损伤对碳刷/集电环载流摩擦特性的影响研究

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碳刷表面损伤对碳刷/集电环载流摩擦特性的影响研究

作者：肖水淋三峡大学

学位级别：硕士

在“双碳”政策下,国家大力发展新能源,而作为全世界水资源最为发达的国家,水力发电自然是在我国电力能源中独占一席。随着水力发电装机容量的不断增大,影响机组正常运行的因素也不断地显现出来。碳刷/集电环作为水轮发电机组励磁系统... 详细信息

在“双碳”政策下,国家大力发展新能源,而作为全世界水资源最为发达的国家,水力发电自然是在我国电力能源中独占一席。随着水力发电装机容量的不断增大,影响机组正常运行的因素也不断地显现出来。碳刷/集电环作为水轮发电机组励磁系统的重要组成部分,其稳定安全运行是影响励磁系统进而保障水轮发电机发电效率的保证。虽然碳刷作为碳刷/集电环中的消耗品,但碳刷表面损伤必然会影响集电环,甚至使集电环严重损伤,影响着励磁系统的稳定,造成水轮发电机组停止运行。本文在分析碳刷表面损伤特性基础上,通过人为构建碳刷表面损伤问题开展试验与理论分析,进而研究其表面损伤对碳刷/集电环载流摩擦特性的影响,为碳刷/集电环界面损伤机制提供一定理论依据。主要研究内容如下:(1)在分析碳刷表面制造缺陷及运行时表面损伤基础上,选用D172碳刷与45号钢为碳刷/集电环配对副材料,选取碳刷表面孔隙、表面崩裂后缺失与表面划伤等典型损伤问题开展了碳刷/集电环载流摩擦特性研究。(2)于碳刷表面构建了圆形、棱形、椭圆形三种孔隙及圆形不同密度、尺寸孔隙,试验获得了孔隙形状、圆形孔隙尺寸和密度与刷/环接触电阻、接触电阻稳定系数、摩擦系数、摩擦系数稳定系数、磨损率等间关系,并获得圆形孔隙对碳刷/集电环界面稳定性与电流传导影响最小。(3)表面崩裂是碳刷运行时出现的较为典型损伤之一,研究了崩裂不同面积、相同面积不同位置以及不同数量棱、边角的碳刷与集电环载流摩擦,并获得碳刷不同崩裂面积下对碳刷/集电环界面伴生电火花行为的影响特性。(4)最后探讨了不同尺寸、数量的划伤与刷/环接触界面稳定性、导电效率及磨损率间关系,同时分析了碳刷表面划伤形状对碳刷/集电环载流摩擦特性的影响。通过以上研究内容与结论,为增强刷/环界面稳定性与电流传导效率,对碳刷的选用与减少集电环损伤具有一定的工程参考价值。

关键词：碳刷/集电环表面损伤载流摩擦伴生电火花接触电阻

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干冰清洗对混凝土表面损伤的研究

干冰清洗对混凝土表面损伤的研究

作者：师燕滑重庆大学

学位级别：硕士

随着国家经济的快速发展，人们生活水平的提高，隧道的清洁也成为了人们关心的话题。本文研究的干冰清洗技术是一种环保、高效、快速、安全的清洗维护方法，将干冰清洗应用于隧道清洁可以使隧道“安全、舒适、畅通”，为人们出行造就优... 详细信息

随着国家经济的快速发展，人们生活水平的提高，隧道的清洁也成为了人们关心的话题。本文研究的干冰清洗技术是一种环保、高效、快速、安全的清洗维护方法，将干冰清洗应用于隧道清洁可以使隧道“安全、舒适、畅通”，为人们出行造就优美的通行环境。本文采用ANSYS数值模拟分析了干冰微爆对混凝土及其表面孔隙的影响，通过混凝土干冰清洗试验，从清洗效果、抗压强度及表面损伤等方面分析了干冰清洗对混凝土的影响，主要研究成果如下：1)简述了混凝土的物理力学性能，从作用机理、作用大小等方面分析了混凝土干冰清洗的影响因素。2)干冰微爆力引起混凝土的变形量较小，对混凝土及其表面孔隙基本上无影响。3)混凝土干冰清洗试验：干冰清洗能有效的清除混凝土表面的污垢;对混凝土抗压强度影响较小;由于混凝土的致密性及表面光滑度相对较低，清洗后试块表面产生孔隙。4)运用极差分析法对数据进行处理，结果表明：干冰流量对表面孔隙率增长量影响明显，随着干冰流量的增加，表面孔隙率增长量增加，当干冰流量大于1.54kg/min时，表面孔隙率增长量剧增;喷射角度对对表面孔隙率增长量的影响较明显，喷射角度在55°0°及85°0°范围内，对表面孔隙率增长量多于喷射角度在65°0°及75°0°范围内;清洗距离与清洗时间对表面孔隙率增长量影响不明显。运用线性回归分析及层次分析法得到各因素的权值，通过权值计算得到的各因素对表面孔隙率增长量影响的主次顺序与极差分析相一致。干冰清洗技术作为一门新兴的清洗技术，从认识、试用、检验、采用到广泛推广，必然会经历一个长期的过程。将干冰清洗技术应用于隧道也需要更多的研究及实践。

关键词：混凝土干冰清洗干冰微爆表面损伤正交试验层次分析法

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镀锌钢板冲压成形表面损伤行为的研究

镀锌钢板冲压成形表面损伤行为的研究

作者：殷望湘潭大学

学位级别：硕士

随着汽车产业的高速发展和人们对安全、节能、环保、防腐蚀的要求越来越高，镀锌钢板在汽车行业得到了越来越广泛的应用。但由于镀层和基体力学性能的差异，镀锌钢板冲压过程中会产生镀层粉化、剥落、开裂等镀层损伤现象，同时，工件表... 详细信息

随着汽车产业的高速发展和人们对安全、节能、环保、防腐蚀的要求越来越高，镀锌钢板在汽车行业得到了越来越广泛的应用。但由于镀层和基体力学性能的差异，镀锌钢板冲压过程中会产生镀层粉化、剥落、开裂等镀层损伤现象，同时，工件表面容易产生划痕、拉毛等缺陷。镀锌钢板冲压成形中的表面损伤已成为抑制其在汽车零部件应用中的重要因素。本文结合国家自然科学基金项目（51175445），对热镀锌钢板（DC53D+Z）和合金化热镀锌钢板（DC53D+ZF）冲压成形表面损伤行为进行了研究，分析其产生机理和影响因素，力求减小和消除镀锌钢板冲压成形中的表面损伤现象。本文采用单向应力状态下的镀层损伤机理以及镀层损伤模型，并结合镀层钢板圆筒拉深过程的应力解析解，分析了凹模圆角半径、模具与板料的摩擦系数、压边力等工艺参数对镀锌钢板圆筒拉深件镀层损伤的影响。设计了适合研究镀锌钢板冲压成形表面损伤的圆筒拉深实验装置，对镀锌钢板冲压成形表面损伤行为进行了研究。实验表明：热镀锌钢板冲压成形表面损伤有镀层表面划痕和熨平纹两种形式，合金化热镀锌钢板冲压成形表面损伤有镀层龟裂和镀层表面划痕两种形式;工件直壁靠近口部区域，表面损伤现象最严重;凹模圆角半径对镀锌钢板冲压成形表面损伤有显著影响，随着凹模圆角半径的减小，热镀锌钢板圆筒拉深工件表面熨平纹现象增加，合金化镀锌钢板圆筒拉深工件表面镀层龟裂程度增加;当凹模圆角半径为R3时，热镀锌钢板拉深工件表面熨平纹较为明显，合金化热镀锌钢板拉深工件圆角区域和直壁口部区域还出现了一定程度的镀层脱落现象。利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件，建立基于界面结合的镀锌板圆筒拉深有限元模型，对镀锌钢板拉深过程进行模拟。模拟表明镀锌钢板圆筒拉深工件外表面镀层沿拉深方向的第一主应变和垂直拉深方向的第三主应变的分布规律与拉深工件表面损伤程度相关，第一主应越大或第三主应变越小，表面损伤现象越严重;凹模圆角半径减小以及摩擦系数和压边力的增加，均导致第一主应增大，加剧了工件表面损伤;单向应力状态下的镀层损伤机理可应用于复杂应力状态下的镀锌钢板冲压成形镀层损伤行为分析。

关键词：拉深镀锌钢板表面损伤表面划痕镀层龟裂 ANSYS/LS-DYNA

带缠绕层表面损伤的CNG-2型复合气瓶的分析

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带缠绕层表面损伤的CNG-2型复合气瓶的分析

作者：马凯大连理工大学

学位级别：硕士

CNG-2型复合气瓶在社会的日常生产和生活中有着重要的应用,CNG-2型复合气瓶的生产和使用过程,会不可避免的产生缠绕层外表面的损伤,影响气瓶的使用寿命和安全性,因此需通过科学计算和试验验证来分析表面损伤对于复合气瓶的性能影响。本... 详细信息

CNG-2型复合气瓶在社会的日常生产和生活中有着重要的应用,CNG-2型复合气瓶的生产和使用过程,会不可避免的产生缠绕层外表面的损伤,影响气瓶的使用寿命和安全性,因此需通过科学计算和试验验证来分析表面损伤对于复合气瓶的性能影响。本文按照此目标对带损伤的复合气瓶进行了有限元及实验分析,主要工作和结论如下： (1)分别将复合材料缠绕层表面的划伤和磨损简化为矩形槽型损伤模型和椭圆凹坑型损伤模型,对具有两种表面损伤类型的复合材料气瓶进行水压爆破试验,分别得出带有2mm深表面损伤的复合气瓶的爆破压力,通过与相同尺寸的完好气瓶的比较,得出两种损伤模型使得气瓶整体的爆破压力分别降低6.13～11.13MPa和7～12MPa的结论。 (2)利用有限元软件ANSYS分别建立带有矩形槽型和椭圆凹坑型表面损伤的复合气瓶模型,按照最大应变理论求解带损伤复合气瓶的爆破压力,将所求结果与实验结果相对比,得出两种模型的计算误差分别为4.9%和0.46%,说明有限元计算的正确性。在此基础上得出了带损伤复合气瓶爆破压力随着损伤深度的变化趋势。 (3)对带有矩形槽和椭圆凹坑损伤模型的复合气瓶进行有限元分析,得出表面损伤对于内衬应力的影响为：使得内衬外表面相对于损伤部位的应力增大,内表面相对于损伤部位的应力减小。运用相同的分析方法分别得出了两种损伤下复合气瓶内衬的Mises应力最大值随缺陷深度的变化曲线,以及复合气瓶缠绕层的环向应力最大值随缺陷深度的变化曲线,即损伤尺寸变化对于复合气瓶缠绕层和内衬的应力影响趋势。 (4)通过借鉴GB24160-2009中的规定：复合气瓶的水压爆破压力不应当低于85%的最小设计爆破压力,得出带矩形槽型损伤和椭圆凹坑损伤的复合气瓶的损伤极限尺寸都为2mm;按照JB4732附录C对两种带损气瓶进行疲劳分析,得出带矩形槽型损伤的复合气瓶的剩余循环次数为16498次。带椭圆凹坑型损伤的复合气瓶的剩余循环次数为14973次。 (5)利用有限元软件ANSYS分别建立了复合材料层上的穿透裂纹、矩形裂纹、椭圆形裂纹,选用椭圆形裂纹为计算用裂纹模型,并对带有一定尺寸的椭圆形裂纹的复合材料气瓶进行有限元计算,得出带裂纹损伤的复合气瓶的爆破压力减小的原因是缠绕层应力最大点的应力超出了复合材料抗拉强度保证值而导致的。通过对完好气瓶进行有限元计算,得出了复合气瓶在受载时内衬和缠绕层的应力变化趋势及关系。

关键词： CNG-2型复合气瓶表面损伤实验验证有限元分析

面向汽车驱动桥壳表面损伤的再制造工艺技术研究

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面向汽车驱动桥壳表面损伤的再制造工艺技术研究

作者：沈晔超合肥工业大学

学位级别：硕士

驱动桥壳是汽车底盘行驶系的重要组成部分,是安装主减速器总成、差速器、半轴、轮毂和悬架的基础件。汽车经长期使用后,在各种交变应力的作用下,桥壳表面会出现磨损、裂纹、螺纹损伤等不同的失效形式。桥壳工作性能的好坏直接影响汽车... 详细信息

驱动桥壳是汽车底盘行驶系的重要组成部分,是安装主减速器总成、差速器、半轴、轮毂和悬架的基础件。汽车经长期使用后,在各种交变应力的作用下,桥壳表面会出现磨损、裂纹、螺纹损伤等不同的失效形式。桥壳工作性能的好坏直接影响汽车行驶的平稳性和安全性,关系到驾乘人员的生命财产安全。本文以汽车驱动桥壳为研究对象,分析了驱动桥壳主要的损伤失效形式。选择桥壳本体表面磨损和微小裂纹、半轴套管表面擦伤和腐蚀磨损、半轴套管轴头螺纹受损三种常见的驱动桥壳表面损伤形式,分别采用堆焊、电刷镀、电火花涂敷方法进行再制造工艺技术研究。主要工作体现在以下三个方面：（1）选用H13CrMoA和ER50-6焊丝,采用亚激光瞬间熔技术,在汽车驱动桥壳片的表面制备不同厚度的堆焊层,利用金属磁记忆检测仪和扫描电镜,分析了堆焊试样的应力分布和断面组织特征,测试了试样的硬度并进行了渗透、磁粉和X射线无损检测。（2）采用不同的电刷镀工艺参数,在40Mn钢半轴套管上制备了电刷镀修复层,研究了不同工艺条件下镀层的结合力、沉积速度以及镀层硬度,并对镀层进行了能谱分析和XRD测试,同时观测了镀层的表面形貌。（3）对于半轴套管螺纹的再制造,分别采用堆焊后重新车削和电火花涂敷两种方法进行了工艺实验。分析了堆焊后重新车削螺纹的优缺点,并对电火花涂敷再制造的螺纹进行了渗透、磁粉和金属磁记忆检测,结合螺纹配合实验,验证了再制造螺纹的可靠性。通过实验,分别找到了最适合于桥壳本体表面磨损和微小裂纹、半轴套管表面擦伤和腐蚀磨损、半轴套管轴头螺纹受损,这三种驱动桥壳表面损伤失效形式的再制造方法及工艺参数,为汽车驱动桥壳表面损伤的再制造提供了技术依据。

关键词：桥壳表面损伤再制造堆焊电刷镀电火花涂敷无损检测

含表面损伤缺陷的EA4T车轴钢疲劳性能研究

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含表面损伤缺陷的EA4T车轴钢疲劳性能研究

作者：卜玮杰西南交通大学

学位级别：硕士

EA4T是典型的高速动车组车轴用钢,由于空气动力学的作用,列车在运行中极容易卷起碎石、道砟等异物并冲击车轴造成一定程度的表面损伤,引起车轴疲劳性能的下降,导致严重的事故。本文针对实际车轴表面损伤,采用不同方法在车轴钢试样表面... 详细信息

EA4T是典型的高速动车组车轴用钢,由于空气动力学的作用,列车在运行中极容易卷起碎石、道砟等异物并冲击车轴造成一定程度的表面损伤,引起车轴疲劳性能的下降,导致严重的事故。本文针对实际车轴表面损伤,采用不同方法在车轴钢试样表面制备损伤缺陷,探究缺陷与疲劳性能的关系,尝试为我国动车组车轴外物损伤评价、检修标准的制定提供一定的参考。得到如下结论:(1)EA4T车轴表层为回火索氏体,硬度约为218 HBW,径向30 mm后进入过渡层,开始出现铁素体并随深度逐渐增多同时硬度开始降低,基体硬度约200HBW。常规力学性能(强度、塑性、冲击韧性)满足EN13261-2009标准要求。(2)依据GB/T24176-2009标准,所得车轴表面材料的光滑试样疲劳极限为366.0 MPa,缺口试样的疲劳极限为196.7 MPa。缺口导致的应力集中反映在S-N曲线上不仅表现为疲劳极限的降低,同时也造成了有限寿命区拟合直线斜率绝对值的增大。光滑试样裂纹萌生于表面,为单裂纹源起裂,缺口试样裂纹萌生于缺口根部,为多裂纹源起裂。(3)球形弹体空气炮冲击缺陷中,低速冲击中(100 m/s)产生的缺陷呈现规律的球形凹坑状,疲劳极限出现小幅度下降,缺陷边缘的微小裂纹以及残余拉应力是造成疲劳裂纹萌生的主要原因。高速冲击中(200 m/s00 m/s),缺陷形貌变为陨石坑状,同时缺陷边缘和表面出现一定的微损伤(微裂纹、微缺口、局部开裂),该部位在交变应力作用下,会加快疲劳裂纹的萌生、扩展速度,从而显著降低整体的疲劳极限。(4)静压痕缺陷底部光滑,周边存在均匀塑性变形痕迹,在缺陷深度相同的条件下,静压痕缺陷试样的疲劳极限与以100 m/s速度冲击的缺陷试样相差不大,因此静压痕缺陷可以近似模拟低速冲击损伤。电火花缺陷表面粗糙,周边不存在塑形变形,疲劳极限比相同深度的空气炮冲击(冲击速度为100 m/s00 m/s)缺陷低约70 MPa,众多的微孔导致疲劳裂纹从底部多处萌生并一齐扩展,造成整体疲劳极限的显著降低、甚至低于静压痕的缺陷试样。(5)正方体弹体空气炮冲击缺陷中,弹体尖锐的结构(角、边)在冲击试样表面时,会造成缺陷底部曲率半径变小,在交变应力下应力集中会更加明显,降低疲劳极限;同时缺陷底部和边缘的材料堆积、微缺口、微裂纹、外物镶嵌、片层结构都会导致试样快速萌生疲劳裂纹并在不同的平面扩展。最终导致实测疲劳极限比同深度球形冲击缺陷试样(冲击速度为100 m/s00 m/s)降低约60 MPa。在实际情况中应着重加强对车轴表面这类缺陷的监控。

关键词： EA4T钢表面损伤疲劳极限空气炮静压痕