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液体对钢轨滚动接触疲劳裂纹的作用

同济大学学报（自然科学版） 2022年第2期50卷 253-263页

作者：周宇王钲卢哲超李骏鹏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

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... 详细信息

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%。

关键词：钢轨滚动接触疲劳裂纹液体疲劳伤损

基于离散元法的钢轨粗糙型面构造及其分形特性

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铁道科学与工程学报 2023年第6期20卷 2037-2045页

作者：陈宪麦陈楠魏子龙杨飞 Atolagbe Shakirudeen Olabanji 尤明熙中南大学土木工程学院湖南长沙410075 重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081

铁路中常用的钢轨由于制作工艺、轮轨相互作用、腐蚀等多方面的因素,导致其表面是粗糙而非光滑的。为了更加精确地表征钢轨的粗糙程度,提出一种基于离散元法构建钢轨粗糙外表型面的方法。首先,通过钢材抗拉强度试验仿真验证选取的离散... 详细信息

铁路中常用的钢轨由于制作工艺、轮轨相互作用、腐蚀等多方面的因素,导致其表面是粗糙而非光滑的。为了更加精确地表征钢轨的粗糙程度,提出一种基于离散元法构建钢轨粗糙外表型面的方法。首先,通过钢材抗拉强度试验仿真验证选取的离散元力学参数和模型的可靠性,根据规范绘制钢轨的几何轮廓,并在此基础上用不同粒径的球体颗粒填充钢轨的几何图形,实现对钢轨粗糙型面的离散元模拟。其次,对具有粗糙型面的钢轨离散元模型进行图像处理,识别钢轨的粗糙轮廓线。然后,对钢轨轮廓线进行数据提取和坐标标定,获得钢轨粗糙轮廓线的坐标数据,以便进行后续的分析和处理;最后,构造轮轨接触区钢轨顶面的凸峰高度曲线,选定评定长度(40 mm)和取样长度(8 mm),分析其范围内外表型面的粗糙度和分形维度。研究结果表明,运用离散元法建立的具有粗糙型面的钢轨模型具有分形特性;从评定长度和取样长度2方面计算得到的钢轨粗糙度和分形维数分别相差1.46%和0.15%。运用离散元法可以模拟钢轨的粗糙型面,并且该方法是可行的。基于离散元法模拟钢轨的粗糙轮廓的方法,为进一步研究提供了新的思路,具有一定的参考价值和工程意义。

关键词：钢轨钢轨型面粗糙度离散元分形

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重载曲线缓和段钢轨滚动接触疲劳机理

浙江大学学报:工学版 2023年第9期57卷 1775-1784页

作者：栗杨白彬亨莫日格吉勒赵鑫温泽峰王卓西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 内蒙古包钢钢联股份有限公司制造部内蒙古包头014010 中国铁路呼和浩特集团有限公司工务处内蒙古呼和浩特010000

某轴重25 t运煤重载铁路半径580~1000 m的曲线入/出缓和段钢轨存在明显的滚动接触疲劳(RCF)差异现象,出缓和段的疲劳更严重.在轮轨现场观测和列车参数调研的基础上,使用Simpack建立包含2节内重联机车与108节货车的重载列车动力学模型,... 详细信息

某轴重25 t运煤重载铁路半径580~1000 m的曲线入/出缓和段钢轨存在明显的滚动接触疲劳(RCF)差异现象,出缓和段的疲劳更严重.在轮轨现场观测和列车参数调研的基础上,使用Simpack建立包含2节内重联机车与108节货车的重载列车动力学模型,利用损伤函数模型数值分析入/出缓和段RCF差异的机理和主要影响因素.结果表明,RCF差异由货车曲线通过行为主导,货车中转向架导向轮对的贡献最显著,非导向轮对与机车的贡献相对轻微.在标准轮轨廓形匹配工况下,RCF差异不显著;待货车车轮磨耗失形后,钢轨磨耗失形对RCF差异的影响并不显著,轮轨蠕滑率/力在出缓和段比在入缓和段高是导致RCF差异的根本原因.磨耗后的货车转向架导向轮对与磨耗轨在小半径曲线上频繁地相互作用,是导致入/出缓和段钢轨RCF差异的主要原因.

关键词：重载铁路钢轨滚动接触疲劳(RCF) 缓和曲线列车动力学损伤函数

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弹性离散支撑钢轨的振动和声辐射特性研究

铁道学报 2022年第6期44卷 99-106页

作者：刘清源成功何远鹏陈宗平韩健圣小珍西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 西南交通大学机械工程学院四川成都610031 上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620

首先,建立有限长铁木辛柯梁单元钢轨模型、有限长实体单元-铁木辛柯梁单元组合钢轨模型和无限长铁木辛柯梁钢轨模型,计算各模型在静止简谐载荷作用下的垂向原点位移导纳和轨道衰减率,对比三种模型的振动特性。然后,分别采用2.5维声学边... 详细信息

首先,建立有限长铁木辛柯梁单元钢轨模型、有限长实体单元-铁木辛柯梁单元组合钢轨模型和无限长铁木辛柯梁钢轨模型,计算各模型在静止简谐载荷作用下的垂向原点位移导纳和轨道衰减率,对比三种模型的振动特性。然后,分别采用2.5维声学边界元法和衰减率与噪声的关系公式,得到钢轨在上述载荷作用下在自由空间的辐射声功率,并对比两种方法的区别。最后,使用2.5维边界元法,计算考虑轨道板反射的钢轨辐射声功率。结果表明,相对于自由空间的钢轨,轨道板的反射使钢轨声功率在多个频率上产生了峰值,揭示出钢轨与反射面所形成的声学空间存在特征波,并进一步分析这些特征波的性质。

关键词：钢轨铁木辛柯梁位移导纳轨道衰减率 2.5维声学边界元法

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电气电路型断轨监测设备测试方案研究

铁道技术监督 2024年第2期52卷 35-40页

作者：刘聪聪郑璟瑜李小帅中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所北京100081

为保障电气电路型断轨监测设备的性能,对其测试方案开展研究。根据断轨监测设备工作频率范围内的钢轨电气参数,模拟钢轨,搭建仿真环境。通过分析断轨监测设备雷电防护试验和振动与冲击试验端口数量、类型和试验等级选择,以及性能测试中... 详细信息

为保障电气电路型断轨监测设备的性能,对其测试方案开展研究。根据断轨监测设备工作频率范围内的钢轨电气参数,模拟钢轨,搭建仿真环境。通过分析断轨监测设备雷电防护试验和振动与冲击试验端口数量、类型和试验等级选择,以及性能测试中误报率、断轨检出率和断轨报警时间的具体要求,明确测试方案。开展雷电防护试验时,建议通信端口按照TB/T3498—2018《铁路通信信号设备雷击试验方法》6.2条“6级:信号设备通信端口与钢轨连接”的试验等级测试;监测主机采用太阳能电池板供电时,不建议对电源端口进行雷电防护试验;开展振动与冲击试验时,根据TB/T2846—2015《铁路地面信号产品振动试验方法》中的10.1条对监测主机进行振动试验,根据GB/T 2423.5—2019《环境试验第2部分:试验方法试验Ea和导则:冲击》的附录A,对监测主机开展冲击试验;在测试误报率和断轨检出率时,应设置多个模拟断轨测试点,牵引回流类断轨监测设备报警时间应保持在5min以内。

关键词：钢轨断轨监测设备测试方案

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钢轨表面剥离掉块路径预测研究

计算力学学报 2022年第2期39卷 257-262页

作者：孟睿君郑州工业应用技术学院建筑工程学院郑州450001

轮轨滚动接触下,钢轨表面会产生典型的鱼钩形剥离掉块,其形成机理目前暂未明确。为了探究轮轨滚动接触下钢轨表面裂纹扩展机理,基于最大周向拉应力准则,建立轮轨滚动接触疲劳计算模型,提出裂尖扩展路径预测方法,并对不同初始角度裂纹的... 详细信息

轮轨滚动接触下,钢轨表面会产生典型的鱼钩形剥离掉块,其形成机理目前暂未明确。为了探究轮轨滚动接触下钢轨表面裂纹扩展机理,基于最大周向拉应力准则,建立轮轨滚动接触疲劳计算模型,提出裂尖扩展路径预测方法,并对不同初始角度裂纹的扩展路径进行预测。结果表明,钢轨表面微裂纹为I-II复合型裂纹,随着裂纹长度增加,K;先增加后减小,而K;呈现持续增加的变化趋势。当裂纹尖端扩展至一定深度时,裂尖扩展的驱动力由K;向K;转变,此时裂尖在K;的驱动下发生约70°的转折,倾向于向上扩展而导致剥离掉块。钢轨表面萌生的微裂初始角度对剥离掉块的路径影响较为明显,但对剥离掉块深度影响较小。本文研究成果可为钢轨表面打磨维修规程的制定提供理论依据。

关键词：钢轨剥离掉块应力强度因子最大周向拉应力准则扩展路径

小半径曲线钢轨侧磨减缓措施及其对滚动接触疲劳影响研究

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铁道科学与工程学报 2022年第5期19卷 1155-1167页

作者：李星吴少培王相平吴步昊王红兵李国芳兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070

为了减缓高速铁路小半径曲线钢轨侧磨严重的问题,运用多体动力学理论建立车辆系统动力学模型,采用Kik-Piotrowski模型模拟轮轨接触。基于车辆-轨道耦合动力学模型、Archard材料磨损模型、Hertz垂向理论和Fastrip切向接触理论并利用MATLA... 详细信息

为了减缓高速铁路小半径曲线钢轨侧磨严重的问题,运用多体动力学理论建立车辆系统动力学模型,采用Kik-Piotrowski模型模拟轮轨接触。基于车辆-轨道耦合动力学模型、Archard材料磨损模型、Hertz垂向理论和Fastrip切向接触理论并利用MATLAB编制钢轨磨耗预测程序,从曲线半径、轮缘润滑及轮轨材料合理选取3种措施分析其对钢轨磨耗的影响,并分析曲线半径和轮缘润滑对钢轨滚动接触疲劳的影响。研究结果表明:1)曲线半径适当增大对减缓小半径曲线中外轨侧磨具有显著作用。2)采取轮缘润滑措施后,能够明显减缓高速铁路小半径曲线外轨侧磨现象。实际运营中,在外轨的轨距角附近或车轮轮缘侧适当涂油润滑,可以减缓钢轨侧磨现象。3)适当增大轮轨材料硬度对外轨侧磨有明显改善作用,但是较大的轮轨材料硬度会加剧钢轨疲劳损伤,实际运营中应考虑兼顾钢轨疲劳损伤来寻求合理轮轨材料硬度。4)增加曲线半径及考虑轮缘润滑后,可使轮轨间最大等效接触应力显著减小。研究可为高速铁路小半径曲线钢轨疲劳损伤及提高其使用寿命提供理论依据。

关键词：高速铁路小半径曲线钢轨磨耗滚动接触疲劳

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再生复合轨枕有砟轨道疲劳试验

国防交通工程与技术 2024年第1期22卷 29-32页

作者：徐铁华国能朔黄铁路发展有限责任公司河北肃宁062350

为探究再生复合轨枕有砟轨道的疲劳特性,建立了有砟轨道结构足尺模型,开展疲劳试验,测试并分析了不同荷载循环次数下的钢轨-轨枕相对位移、轨距、轨枕-道床垂向相对位移和道床下沉量等参数及其变化规律。研究结果表明:所测试的参数均随... 详细信息

为探究再生复合轨枕有砟轨道的疲劳特性,建立了有砟轨道结构足尺模型,开展疲劳试验,测试并分析了不同荷载循环次数下的钢轨-轨枕相对位移、轨距、轨枕-道床垂向相对位移和道床下沉量等参数及其变化规律。研究结果表明:所测试的参数均随荷载循环次数的增加而变化,当荷载循环次数达到150万次后趋于稳定;再生复合轨枕具有良好的弹性,减小了道床下沉量;再生复合轨枕有砟轨道300万次疲劳荷载后仍能保持良好的轨道状态,具有良好的耐久性。

关键词：再生复合轨枕疲劳性能有砟轨道足尺模型钢轨轨枕道床

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专利精选

无损检测 2024年第2期46卷 85-88页

作者：《无损检测》编辑部《无损检测》编辑部

一种在线检测钢轨组织方法。申请号:CN202011210961.7。公开日期(公开):2021.04.06。申请(专利权)人:邯郸钢铁集团有限责任公司;河钢股份有限公司邯郸分公司发明人:邓建军;张海旺;李钧正;张军;陈立珂;崔恺;赵利永;赵忠杰摘要:本发明涉... 详细信息

一种在线检测钢轨组织方法。申请号:CN202011210961.7。公开日期(公开):2021.04.06。申请(专利权)人:邯郸钢铁集团有限责任公司;河钢股份有限公司邯郸分公司发明人:邓建军;张海旺;李钧正;张军;陈立珂;崔恺;赵利永;赵忠杰摘要:本发明涉及一种在线检测钢轨组织方法,属于钢轨组织检测技术领域。

关键词：在线检测钢轨发明人