高速列车转向架构架损伤、等效应力及寿命分布特性研究

为分析高速列车转向架构架损伤、等效应力及寿命分布特性,对构架疲劳关键测点进行动应力线路实测并对测点实测时域数据波形进行解析;基于实测应力时间历程及雨流计数法编制二维应力谱,利用Goodman等寿命方程将二维应力谱等效转换为一维应力谱;阐述线性累积损伤及非线性累积损伤模型的建立方法并对实测数据的线性累积损伤及非线性累积损伤进行了计算及对比分析;分别基于线性累积损伤理论及非线性累积损伤理论推导出各理论下的等效应力,基于实测数据对两种等效应力进行了计算及对比分析;通过结合非线性累积损伤及线性累积损伤理论计算的等效应力及不同可靠度下的材料S-N曲线计算并对比分析构架结构的疲劳寿命。研究结果表明,与非线性疲劳分析理论相比,线性疲劳分析理论对高速列车转向架构架的疲劳特性评估偏于保守。     

高速列车转向架应力谱分组方法研究

应力谱对结构疲劳强度评估和可靠性设计有着重要意义,为了准确评估结构的疲劳强度,通过某型高速动车组实际运营线路上的动应力测试试验,获取动力转向架构架疲劳关键部位的应力-时间历程,采用等距分组方法编制应力谱,结合Palmgren-Miner线性累积损伤理论,计算了不同分组数下应力谱的每公里疲劳损伤值,分析了不同分组数对疲劳损伤的影响规律。结果表明,分组数过少会引起疲劳损伤值的偏差,随着分组数的增加,计算的损伤值逐渐减小,并趋于定值,这是由动车组构架动应力小应力循环高度集中的特点引起的。同时提出了一种适用于构架结构应力谱的不等距分组方法,研究结果可为构架结构的设计提供依据。     

ER9车轮材料激光熔覆层微观组织及性能研究

为提高ER9车轮材料的表面强度和耐蚀耐磨性,延长车轮的服役寿命,本团队选择在激光熔覆中应用最广泛的铁基、镍基和钴基三种自熔性合金粉末为熔覆材料,在ER9车轮钢表面进行激光熔覆试验。通过相关试验评价熔覆层的微观组织、力学性能、摩擦磨损性能和耐蚀性。结果表明：车轮钢表面激光熔覆层的显微组织均为枝晶组织和共晶组织,且组织致密均匀,与基体实现了良好的冶金结合。熔覆层的硬度显著提升,镍基合金熔覆层具有良好的拉伸强度和冲击韧性,断口呈韧性断裂特征;钴基和铁基合金熔覆层的断裂方式为脆性断裂,力学性能差异不明显。相较于基体,熔覆层具有较低的摩擦因数、磨损率与更优的耐蚀性,其中钴基合金熔覆层的硬度较高（显微硬度相比基体提高了72.8%）,耐磨性最优（摩擦因数为0.31,磨损量为4 mg和磨痕深度为10.70μm）,耐蚀性最好（阻抗值比基体高2个数量级）。镍基熔覆层磨损面较为粗糙且磨损率较大,减磨效果不佳,硬度和强度较弱;尽管相比铁基涂层,钴基涂层的耐磨性和耐蚀性显示出了一定优势,但前者的工程成本较低,综合效果更好。     

考虑齿间滑动影响的高速列车传动齿轮动态接触特性分析

为研究高速列车传动齿轮在啮合过程中因接触表面各啮合点处滑差不一致对动态接触特性的影响.以CRH3型动车组转向架传动齿轮为研究对象,基于齿轮接触相关理论及轮齿摩擦关系,引入考虑轮齿表面滑差、动力黏度及载荷等因素下的EHL时变摩擦模型,利用ABAQUS/Standard提供的隐式直接积分法对低速重载工况下的传动齿轮进行动态分析.通过对比无摩擦、常摩擦因数及变摩擦下的仿真结果分析齿轮间滑差及摩擦因数大小对齿轮副动态接触特性的影响.结果表明,表面啮合节点摩擦因数不一致对齿轮接触合力、接触斑面积、Mises、接触应力最大值及其分布影响很小;在啮合过程中,考虑滑差影响的齿面摩擦力波动更平缓,均值较常摩擦增加了 40％;摩擦剪应力分布比采用常摩擦得到的结果更贴合实际.而常摩擦因数数值的增加对应力分布影响不大,但会使得接触面应力值相应增加,加剧系统的周期性振动.     

强耦合结构动载荷识别方法

以高速列车转向架构架为研究对象对强耦合结构的动载荷识别方法进行了研究.分析构架的结构特点及载荷系分布,以齿轮箱载荷识别为例通过加载齿轮箱载荷工况及干扰载荷工况获得强耦合边界测点的应变响应,通过三次样条空间插值的方法分别获得了三种工况下的强耦合区域内部的应变分布,将两种干扰载荷工况应变等高线交叉为零的点选为齿轮箱载荷识别...     

高速列车载荷谱推断及扩展方法研究

为了能准确推断并扩展高速列车实测载荷谱,以高速列车的轴箱为研究对象,对轴箱垂向加速度载荷进行了线路实测,实测得到的时域载荷数据经雨流计数得到一维加速度载荷谱,分别采用分布函数超越概率法和扩展因子法对载荷谱推断理论进行研究。为了验证两种方法的有效性并达到超越概率法的应用要求,通过截取长时间的运营里程使所测试时域载荷雨流计数后的总累积频次达到10~6并得到其实测载荷极值,同时把前两种方法扩展得到的载荷极值与实测载荷极值进行对比。结果表明,由扩展因子法推断得到的载荷极值与实测载荷极值最接近,而由超越概率法推断得到的载荷极值与实测极值相差很大,表明由扩展因子法推断载荷极值更精准有效。最后,通过利用分布拟合函数和由扩展因子法推断的载荷极值扩展得到了轴箱全寿命期的垂向加速度载荷谱。     

添加不同固体润滑剂铁基合金激光熔覆涂层的干滑动摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在CL60车轮钢表面分别制备不同含量WS₂(质量分数0～8.0%)和CaF₂(质量分数5.0%)固体润滑剂以及不同含量h-BN(质量分数0～2.0%)和CaF₂(质量分数0～2.0%)固体润滑剂的铁基合金涂层,对比研究了添加不同固体润滑剂铁基合金涂层的显微组织以及干滑动摩擦磨损行为和磨损机制。结果表明：所有涂层均主要由树枝晶和共晶组织组成,表面硬度均达到约800 HV,约为CL60钢的2倍。随着WS₂含量的增加,WS₂+CaF₂/铁基合金涂层的摩擦因数降低,磨损质量损失先降低后基本稳定,当WS₂质量分数为6.0%时,磨损质量损失最低,与未添加固体润滑剂的铁基合金涂层相比降低了26.7%,此时孔隙最少,磨损表面损伤轻微,磨损机制为磨粒磨损。随着h-BN含量的增加以及CaF₂含量的降低,h-BN+CaF₂/铁基合金涂层的摩擦因数与磨损质量损失均先降后增,且当CaF₂     

不同介质下ER8车轮钢滑动摩擦磨损性能

为探讨车轮在不同环境下服役时摩擦因数的变化机制,通过滑动摩擦试验机考察不同载荷下,ER8车轮钢分别在干燥空气、纯水、3.5%氯化钠溶液3种环境下的摩擦磨损性能。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、非接触三维表面轮廓仪、X射线衍射仪对磨痕及元素组成进行了分析,探讨不同环境下ER8车轮钢的摩擦磨损机制。结果表明：随着载荷的增大,ER8车轮钢的摩擦因数明显增大;列车的服役环境对车轮的摩擦磨损性能有较大影响,在干燥空气环境下,ER8车轮钢无腐蚀状况,磨痕宽度最小,但摩擦因数最大,可达0.503;在盐水环境下,ER8车轮钢出现腐蚀现象,磨痕宽度最大,但摩擦因数最小;干摩擦下ER8车轮钢的磨损机制为黏着磨损、磨粒磨损和氧化磨损,纯水摩擦和3.5%NaCl溶液环境下的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。     

ER8车轮钢激光熔覆涂层在酸雨环境下的磨损与腐蚀性能分析研究

目的 提高ER8高速车轮钢的耐磨和耐腐蚀性能,增强车轮使用寿命。方法 在ER8车轮钢表面制备出Fe基合金粉末和Co基合金粉末2种涂层。借助SEM、XRD、纳米压痕仪等表征设备分析涂层的金相组织形貌、物相种类和纳米硬度。利用MFT-EC4000往复电化学摩擦磨损试验仪将试样置于酸雨溶液进行摩擦磨损试验及电化学腐蚀试验。结果 涂层表面组织致密均匀,形成了良好的冶金结合,Fe基与Co基合金涂层分别呈现出“胞状”与“蜂窝状”,无明显孔洞、裂纹等缺陷。基体在低频(1 Hz)下发生轻微的磨粒磨损,中高频(2、4 Hz)下出现了严重的剥落、点蚀现象,其磨损机理主要为粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损,涂层磨损区域则无明显腐蚀与剥落现象。在高频下,Fe基涂层和Co基涂层的磨损率分别比基体减少46.10×10^–5 mm³/(N.m)和39.85×10^–5 mm³/(N.m)。同时,涂层的阻抗值显著提高,极化曲线测试结果显示,Fe基涂层、Co基涂层和基材的自腐蚀电位分别为–0.522、–0.381、–0.603 V,腐蚀密度分别为3.916、0.312、5.483 μA/cm²。结论 修复后的车轮钢样品的耐磨损性能与耐腐蚀能力得到不同程度提高,相比之下,耐磨损方面Fe基合金涂层表现得更为优异;耐蚀性方面,Co基合金涂层略强于Fe基涂层。