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地铁用e型弹条异常断裂原因分析

铁道技术监督 2024年第2期52卷 43-47页

作者：杨俊峰郑霏王灵水陈亚涛中船双瑞(洛阳)特种装备股份有限公司河南洛阳471023

材质为60Si2Mn的某e型弹条进行疲劳试验时,当循环次数仅为60万次时发生断裂。为查找断裂原因,对e型弹条断裂处的形貌、能谱、金相组织、硬度和化学成分等进行分析。分析结果表明:由于弹条原材料表面存在拉伤沟和夹杂物,在疲劳试验过程... 详细信息

材质为60Si2Mn的某e型弹条进行疲劳试验时,当循环次数仅为60万次时发生断裂。为查找断裂原因,对e型弹条断裂处的形貌、能谱、金相组织、硬度和化学成分等进行分析。分析结果表明:由于弹条原材料表面存在拉伤沟和夹杂物,在疲劳试验过程中受高应力交变载荷的作用,在弹条拉伤沟处产生应力集中,并逐渐形成微裂纹。同时,由于回火马氏体的存在,导致形变过程中产生位错塞积,形成高应力区,加快裂纹扩展,最终导致弹条在较短时间内断裂。

关键词：地铁线路 e型弹条疲劳断裂理化检验

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地铁扣件e型弹条受载特征分析

铁道科学与工程学报 2022年第3期19卷 665-673页

作者：吴浩韦凯郭恭兵薄栋乾王平西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为了科学探究地铁扣件e型弹条真实受载情况下的受载特征,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型,结合金属材料塑性变形和断裂机理研究中的应力状态参数概念,计算分析正常安装状态与共振状态下弹条的断裂危险位置和断裂类... 详细信息

为了科学探究地铁扣件e型弹条真实受载情况下的受载特征,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型,结合金属材料塑性变形和断裂机理研究中的应力状态参数概念,计算分析正常安装状态与共振状态下弹条的断裂危险位置和断裂类型。研究结果表明:弹条现场断裂位置普遍出现在小圆弧与中肢连接处,弹条在正常安装状态下其等效应力最大值出现在小圆弧与跟段连接处,与弹条现场断裂位置不一致,而最大应力三轴度以及最小应力软性系数与现场断裂位置高度吻合,表明应力状态参数可以更好地描述弹条的断裂危险点。在钢轨波磨引发的共振条件下,弹条最大应力三轴度以及最小应力软性系数同样出现在小圆弧与中肢连接处,并且弹条最大应力三轴度增大60.3%,最小应力软性系数减少5.4%,弹条更易于发生脆性断裂。弹条小圆弧与中肢连接处横断面的罗德系数显示,小圆弧内侧约等于1,外侧约等于-1,这表明此处横断面受弯曲应力作用。e型弹条在钢轨波磨引起的共振条件下,弹条小圆弧与中肢连接处易于产生微裂纹,同时小圆弧内侧拉应力场会加速裂纹扩展,从而导致弹条瞬间脆断。

关键词： e型弹条应力三轴度罗德参数软性系数脆性断裂

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e型弹条力学特性及断裂损伤分析

e型弹条力学特性及断裂损伤分析

作者：刘欢上海第二工业大学

学位级别：硕士

扣件系统是地铁轨道的重要组成部分,其中,弹条是扣件系统中最为关键的连接部件,直接对钢轨实施扣压力和防爬阻力,保证钢轨、轨距以及轨道几何形位的稳定性,防止轨道发生不利变形。弹条断裂失效会导致轮轨作用力加剧,加速轨道和车辆的破... 详细信息

扣件系统是地铁轨道的重要组成部分,其中,弹条是扣件系统中最为关键的连接部件,直接对钢轨实施扣压力和防爬阻力,保证钢轨、轨距以及轨道几何形位的稳定性,防止轨道发生不利变形。弹条断裂失效会导致轮轨作用力加剧,加速轨道和车辆的破坏,危及行车安全。本文针对地铁常用e型弹条扣件系统,基于数字图像相关法对弹条成型前材料进行了拉伸试验、缺口试验,弹条元件及组装模态进行了室内测试,基于室内疲劳试验过程对弹条进行了静态应变测试,对运营线路进行了静态应变测试、模态频率测试和行车状态下钢轨及弹条的动态响应测试,结合有限元方法,建立了扣件系统精细化有限元模型,并和试验对比验证了模型的有效性;对e型弹条扣件系统进行静态和动态行为的系统分析,探究e型弹条断裂的原因,并提出一种防止e型弹条断裂的方法,研究结果可为e型弹条的设计、优化和安装等提供科学依据。主要工作和结论如下:1.按照尺寸建立了e型弹条扣件系统精细化模型,提出基于现场扣件安装过程的有限元模型及简化安装方式的有限元模型,对弹条进行加载。通过现场安装及简化加载应变试验结果,验证两种工况有限元模型的有效性。结果表明:现场安装应变测试的实测表面最大主应变值与简化加载试验结果相近,但方向角与后者相差约5°,说明本文提出的精细化有限元模型更符合实际工况。2.基于已验证的模型,对比分析了两种模型下e型弹条标准安装状态和过安装状态下e型弹条的扣压力、最大主应变、等效应力、接触应力等静力学性能,从静力学角度分析弹条断裂位置,揭示弹条断裂原因。结果表明:基于现场安装过程的精细化模型的弹条最大主应变全局最大值位置,随弹条插入深度增加而发生显著变化;当弹条处于过安装状态时,应变全局最大值阶跃式增长,位置跳变至弹条中肢与铁垫板插孔挤压处,同时此处的接触应力由线接触转变成点接触,且急剧增大,因此弹条过安装时容易发生损伤。3.对e型弹条扣件系统精细化有限元模型进行模态分析,并采用DIC室内试验和现场试验对标准安装状态下扣件模态进行验证;确保弹条断裂仿真的准确性。4.分析了现场的钢轨波磨情况、行车载荷下钢轨的垂向位移以及钢轨和弹条的频率响应特征;同时对弹条材料60Si2Mn A进行了缺口圆棒拉伸试验,获得了不同应力三轴度下材料的断裂应变;然后利用Abaqus模拟了过安装状态下,频率分别为50Hz、100Hz、400Hz和1000Hz,钢轨幅值为0.025mm工况下弹条的断裂过程,进一步说明过安装是弹条断裂的主要原因之一,而钢轨波磨和扣件系统的共振会加速弹条的瞬断飞溅。5.根据分析结果,提出一种e型弹条自动安装扳手,可以避免弹条过安装,从而改善e型弹条的断裂问题。

关键词：地铁钢轨扣件 e型弹条应力三轴度数字图像相关法断裂失效

基于DT-Ⅲ型扣件安装的e型弹条静力学分析

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工程力学 2023年第1期40卷 238-248页

作者：刘艳刘欢李秋彤姜秀杰袁贤浦朱哲皓上海材料研究所上海200437 上海消能减震工程技术研究中心上海200437 上海第二工业大学环境与材料工程学院上海201209 巴黎高科路桥学校纳维实验室巴黎77455

扣件系统的安装状态直接影响弹条疲劳寿命的预测结果。目前,e型弹条失效及疲劳性能的现有研究大多基于简化加载方式(先将弹条插入插孔,后抬升趾端位移)模拟扣件安装过程,忽略了扳手对弹条中肢的约束,弹条跟端和后拱的逐步抬升及弹条跟... 详细信息

扣件系统的安装状态直接影响弹条疲劳寿命的预测结果。目前,e型弹条失效及疲劳性能的现有研究大多基于简化加载方式(先将弹条插入插孔,后抬升趾端位移)模拟扣件安装过程,忽略了扳手对弹条中肢的约束,弹条跟端和后拱的逐步抬升及弹条跟端与铁垫板承台之间摩擦的影响。以DT-Ⅲ型扣件系统为例,提出了基于扣件现场安装,拉拔e型弹条中肢的加载方式,建立精细化分析模型,与简化加载工况对比分析,并通过现场安装及简化安装测试验证。结果表明:现场安装应变测试的实测表面最大主应变值与简化加载试验结果相近,但方向角与后者相差约5°。现场安装加载工况的弹条最大主应变全局最大值位置,随弹条插入深度增加而发生显著变化;当弹条处于过安装状态时,应变全局最大值阶跃式增长,位置跳变至弹条中肢与铁垫板插孔挤压处。为准确评估与预测e型弹条疲劳寿命,仅可采用现场安装加载工况进行疲劳分析;若对弹条进行强度大小分析,为节约计算时间,也可采用简化加载工况近似模拟。

关键词：轨道交通扣件系统 e型弹条有限元应变测试加载方式

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地铁DTⅢ型扣件e型弹条疲劳特性理论分析

铁道标准设计 2021年第8期65卷 55-59页

作者：薄栋乾江万红吴浩庞玲西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031

为分析DTⅢ型扣件系统e型弹条在钢轨波磨条件下的疲劳损伤及其疲劳类型,首先建立包含e型弹条在内的扣件系统局部有限元模型,然后建立车辆-轨道耦合动力学模型,获取单个转向架通过时的钢轨垂向位移时程曲线,以此作为边界条件输入至有限... 详细信息

为分析DTⅢ型扣件系统e型弹条在钢轨波磨条件下的疲劳损伤及其疲劳类型,首先建立包含e型弹条在内的扣件系统局部有限元模型,然后建立车辆-轨道耦合动力学模型,获取单个转向架通过时的钢轨垂向位移时程曲线,以此作为边界条件输入至有限元模型中,获取e型弹条的应变、应力时程变化规律,最后采用相应的疲劳理论对e型弹条疲劳损伤及其疲劳类型展开分析。研究结果表明:e型弹条在钢轨波磨条件下的疲劳损伤最大位置在弹条后拱与跟端相接处;曲线波磨条件下弹条疲劳损伤大于直线波磨,与实际运营情况相符;弹条疲劳寿命大于转变寿命,其疲劳类型为应力疲劳。

关键词：地铁 e型弹条应力疲劳应变疲劳疲劳损伤转变寿命

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地铁轨道刚度变化处的e型弹条应力变化研究

铁道建筑 2013年第10期53卷 95-98页

作者：陈兆玮王仕春和振兴西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 中国中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

为了确定地铁e型弹条在轨道刚度突变处应力的变化情况,分别建立了浮置板轨道和普通整体道床轨道刚度突变有限元模型和三维弹条有限元模型,采用数值模拟的方法,求解得到所有72种工况下弹条的最大应力值及位置,并总结得出e型弹条在轨道刚... 详细信息

为了确定地铁e型弹条在轨道刚度突变处应力的变化情况,分别建立了浮置板轨道和普通整体道床轨道刚度突变有限元模型和三维弹条有限元模型,采用数值模拟的方法,求解得到所有72种工况下弹条的最大应力值及位置,并总结得出e型弹条在轨道刚度突变处的应力变化规律。结果表明:应力最大位置总是发生在弹条后拱内侧;轮轨冲击作用和钢轨的折弯变形均会影响弹条应力大小;建议当列车从浮置板轨道行驶至普通轨道时,两段轨道的位移差应控制在2 mm以内;反向行驶时位移差应控制在3 mm以内。

关键词：刚度突变 e型弹条动应力变化规律

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地铁用e型弹条断裂分析

铁道技术监督 2020年第10期48卷 35-40页

作者：赵阳磊王灵水曹翁恺范芳雄洛阳双瑞特种装备有限公司河南洛阳471000 洛阳船舶材料研究所河南洛阳471000

针对某批地铁用e型弹条过早断裂的问题,选取典型断裂弹条,通过对样品断口形貌、金相组织、夹杂物、化学成分、常温冲击、常温拉伸、洛氏硬度等检测,结合安装状态应力计算,分析弹条发生断裂的主要原因。弹条热成型过程中在表面产生一定... 详细信息

针对某批地铁用e型弹条过早断裂的问题,选取典型断裂弹条,通过对样品断口形貌、金相组织、夹杂物、化学成分、常温冲击、常温拉伸、洛氏硬度等检测,结合安装状态应力计算,分析弹条发生断裂的主要原因。弹条热成型过程中在表面产生一定深度的脱碳层,导致弹条表面屈服强度低于扣件系统安装状态弹条的最大表面应力。同时,列车振动导致弹条进一步产生附加应力,使弹条处于疲劳工况,从而在高应力部位产生疲劳损伤。随着损伤的积累,逐步形成疲劳裂纹源,裂纹源在列车运行过程中进一步扩展,直至最后断裂。

关键词：地铁线路 e型弹条金相组织疲劳断裂屈服强度