钢轨表面长裂纹的扩展路径研究

西南交通大学 本科生毕业论文

钢轨表面长裂纹的扩展路径研究

年 级: 二〇一〇级 学 号: 20104273 姓 名: 铁卫伟 专 业: 工程力学 指导老师: 江晓禹

二零一四年 五月 二十四日

西南交通大学本科毕业设计(论文)

I

西南交通大学本科毕业设计(论文)

院系: 力学与工程学院 年级: 2010级 题目

专 业: 工程力学 姓 名: 铁卫伟

钢轨表面长裂纹的扩展路径研究

指导教师 评

语

指导教师

评阅人 评

语

(签章)

评阅人

(签章)

成 绩 答辩委员会主任

(签章)

年 月

日

II

西南交通大学本科毕业设计(论文)

III

西南交通大学本科毕业设计(论文)

毕业设计（论文）任务书

班

级

2010级工力一班

年

月

日

学生姓名

铁卫伟 学 完成日期：

号

20104273 月

日

发题日期： 题

目

钢轨表面长裂纹的扩展路径研究

1、本论文的目的、意义

由于我国高速铁路事业的飞速发展，铁路系统的养护与维修，其重要性业已显得日益突出，根据轮轨裂纹的形成与扩展，相关部门正为此寻找一条，既能解决疲劳断裂问题又能减少运营与维护费用，同时又能延长轮轨的正常使用年限的最佳解决途径。对此解决途径本次论文设计中需要对此进行初步探讨与研究，通过建立有限元模型来分析轮轨在使用过程中出现的疲劳与损伤现象。定性分析其损伤类型与失效机理，寻找通过滚动接触疲劳和磨损形成的各种类型的裂纹的扩展机理，以寻找一个打磨轮轨消除微裂纹的最佳时间和频率，并据此分析结果找出在不同特征的轨道线路上磨损强度的不同。通过以上分析结论为中国高速铁路量身打造一套，与中国高铁发展相协调的养护与维修体制，将利润最大化。

2、学生应完成的任务

第一阶段：根据自己的毕业设计论文题目，收集国内外相关论文资料与文献进行知识储备。分析国际上相关课题的研究现状，确定毕业设计论文的大致路线和所涉及的内容与领域。并根据毕业设计论文的选题，查找一篇与所要进行研究内容具有一定相关性的外文文献进行阅读并完成该文献的翻译工作。

第二阶段：从自己的毕业设计论文选题出发，进行Ansys建模并确定尺寸与网格划分。

第三阶段：针对毕业设计论文所涉及的具体问题进行分析计算并记录计算与分析结果；同是需要完成毕业设计论文的初步大纲，并根据已有研究成果撰写毕业设计论文的初稿。

IV

西南交通大学本科毕业设计(论文)

ppath,1,NODE1 ppath,2,NODE2 ppath,3,NODE3 ppath,4,NODE4 ppath,5,NODE5 KCALC,1,1,3,0

此后，我们将看到如下图像（如图3-2）

图3-2 求得的应力强度因子

此时，我们就成功提取出其应力强度因子了。将其记录下来以便继续接下来的研究。

3.2不同裂纹长度下的应力强度因子的计算数值

本论文是针对长裂纹展开研究的，所以分别对以下裂纹的长度进行了分析：50?m、100?m、200?m、500?m、1000?m和2000?m。根据需要，模型表面裂纹面左右15mm处网格间距10?m，以便于加载和分析。现将计算结果显示如下：

演示图

第 36 页

西南交通大学本科毕业设计(论文)

3.2.1保持裂纹长度不变改变加载初始位置

图3-3 裂纹长度50?m时的应力强度因子变化曲线

图3-4裂纹长度100?m时的应力强度因子变化曲线

图3-5 裂纹长度200?m时的应力强度因子变化曲线

第 37 页

西南交通大学本科毕业设计(论文)

图3-6 裂纹长度500?m时的应力强度因子变化曲线

图3-7 裂纹长度1000?m时的应力强度因子变化曲线

图3-8 裂纹长度2000?m时的应力强度因子变化曲线

第 38 页

西南交通大学本科毕业设计(论文)

3.2.2保持加载初始位置不变改变裂纹长度

图3-9 载荷起始位置在-15mm时的应力强度因子变化曲线

图3-10载荷起始位置在-13mm时的应力强度因子变化曲线

图3-11 载荷起始位置在-11mm时的应力强度因子变化曲线

第 39 页

西南交通大学本科毕业设计(论文)

图3-12 载荷起始位置在-9mm时的应力强度因子变化曲线

图3-13 载荷起始位置在-7mm时的应力强度因子变化曲线

图3-14 载荷起始位置在-5mm时的应力强度因子变化曲线

第 40 页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0weh.html