钢轨波磨对高速列车车轮多边形磨耗产生与发展的影响

列车车轮多边形磨耗问题广泛存在于我国高速列车上,会显著增大轮轨之间的相互作用力,严重影响列车运行安全性和舒适性,其产生和发展机理值得探究。车轮多边形磨耗与钢轨波浪形磨损(简称:波磨)从磨耗特征来看较为相似,只是发生磨耗的载体不同,钢轨波磨是否对车轮多边形磨耗存在根本的影响值得深入研究。以我国某线路上运行的高速动车组列车为研究对象,通过建立车轮多边形磨耗仿真预测模型,结合现场试验数据,调查钢轨波磨对车轮多边形磨耗产生和发展的影响。研究表明,钢轨波磨虽然可以导致轮轨力和蠕滑率等磨耗关键参数沿车轮圆周发生周期性波动,但是在车辆实际运营条件下,钢轨波磨导致车轮多边形磨耗产生这一观点的成立条件极为"苛刻",对车轮和钢轨波磨区段起始点的接触位置、钢轨波磨的波长以及车轮周长都有严格的要求。在实际中该条件难以满足。因此,钢轨波磨的存在并不是车轮多边形产生的根本原因。结果可为高速列车车轮多边形形成机理的相关研究提供参考和指导。     

车轮踏面不圆顺对高速列车轮轨界面黏着与车轮表面损伤的影响

在JD-DRCF/M型滚动接触疲劳/磨损试验台上开展了有/无偏心车轮配副的轮轨滚滑接触摩擦学试验,对比分析了一阶不圆顺车轮和正常圆顺车轮对轮轨界面黏着、车轮表面损伤与滚动接触疲劳特性的影响。结果表明：车轮不圆顺会显著减小轮轨间黏着系数,湿态下不圆顺车轮的轮轨黏着系数不足0.2,影响列车安全运行和牵引效果;车轮不圆顺明显加剧了钢轨磨耗,同时导致车轮沿周向的表面损伤表现出显著差异。具体来说,凸起侧附近疲劳剥落和撕裂断口特征最为明显;迎向凸起侧较背向凸起侧表面剥落更严重、疲劳裂纹扩展角更大;迎向凸起侧表面点蚀现象相对明显,背向凸起侧车轮表面黏着层堆积严重;此外,随着车轮滚动半径r_θ由最小值到最大值再到最小值循环变化,不圆顺车轮沿周向的表面粗糙度、表面硬度和塑性变形层厚度大致均呈先逐渐增加、经过凸起侧附近后又逐渐下降的趋势。     

基于改进GTN损伤模型的镁合金镦粗成形损伤及裂纹预测研究

镁合金在成形过程中极易产生开裂,精准的损伤预测可以为塑性成形工艺提供理论支撑。为此,基于含连续介质剪切损伤因子的Gurson-Tvergarrd-Needleman(GTN)损伤模型被应用于预测镁合金成形时的损伤演化,通过压缩试样的力-位移曲线标定了AZ31B镁合金的流动应力和剪切损伤参数,预测并验证了AZ31B镁合金在镦粗工艺下的表面损伤及开裂,扩展了模型对低应力三轴度下的成形工艺损伤预测的适用性。在此基础上,对AZ31B镁合金在受压条件下损伤成因、裂纹扩展进行了分析。结果表明,随着压缩位移的增加,镁合金侧面中心区域的切应力不断增加,在此作用下基体内部孔洞沿非垂直压缩方向伸长、聚合,最终形成宏观裂纹;镦粗后的试样侧面裂纹走向与垂直压缩方向所成角度范围为34°～46°,改进的GTN模型模拟结果为44°～54°,原始GTN模型模拟结果均呈90°;改进后的GTN模型可应用于预测镁合金在轧制、热冲压等工艺下的损伤演化行为,为后续工艺优化奠定基础。     

惯性效应对延性金属中微孔洞动态演化过程的影响及破坏分析

利用Abaqus提供的用户材料本构接口,将Gurson模型用UMAT(user defined material subroutine)和VUMAT(vectorized user defined material subroutine)分别实现。其中UMAT适用于Abaqus中的Standard计算模块,忽略惯性效应,而VUMAT适用于Abaqus中的Explicit计算模块,包含惯性效应。通过对二者的计算结果进行对比分析,考察惯性效应对孔洞长大的作用与影响。结果表明:(1)惯性效应对加载速率非常敏感,随着加载速率的提高,惯性效应先是抑制,继而促进孔洞的长大。(2)存在一个临界应变率,在临界应变率时,惯性效应不抑制也不促进孔洞的长大,对LY12CZ铝合金,临界应变率大约在1 740 s-1。(3)从惯性效应的角度,不但可以解释高应变率下断裂应变随应变率的增加而增大的现象,而且也能解释超高应变率条件下铝合金表现出的脆性特征。     

接触刚度对高速列车轮轨接触动力学时变特性的影响及其机制

以CRH3型高速列车头车与标准CHN60型轨道为研究对象,利用动力学软件RecurDyn建立车辆-轨道耦合动力学模型;采用弹簧阻尼模型定义轮轨接触关系,跟踪检测服役列车不同运行里程下的车轮粗糙度,根据相关文献的轮轨接触刚度计算结果,对高速轮轨滚动接触动力学性能进行研究,并取该头车的后转向架二位轮对处结果进行数据分析。计算结果表明:随着高速列车运行里程的增加,车轮表面粗糙度减小,使得轮轨接触刚度增大;轮轨横向力随着运行里程的增加先减小后增大,其频率主要分布在10 Hz以下的低频段;轮轨垂向力随着运行里程的增加而增加,并在5、10、28 Hz附近有比较明显的主频率段;轮轨纵向力主要由切向蠕滑力的纵向分量构成,与轮轨垂向力在时域分布和频域分布上均非常相似。     

材料参数对点面正碰撞的柔度关系影响研究

采用2D轴对称有限元法(FEA)模拟计算了弹性、理想弹塑性和幂指数应变强化弹塑性钢球与刚性平面碰撞.分析了影响柔度关系的各种因素.弹塑性碰撞的FEA结果说明塑性变形是导致能量损失的主要原因.研究结果为多体系统动力学计算提供了有益的参考.     

正交各向异性弹塑性材料中微孔洞的扩张

针对正交各向异性弹塑性多孔材料，用有限元方法计算分析内含球形微孔洞的三维六面体体胞在不同三轴应力状态下的变形。结果表明，在一定的应力三轴参数下，改变作用在体胞上的主尖力方向，微孔洞长大速度则发生明显的变化；其次，在较低的应力三轴参数下，当Lode参数μσ＝－1时，微孔洞长大速度较快；各向异性程度越同，微孔洞扩张越快。     

金属延性断裂过程仿真与损伤破坏准则应用

在均质材料损伤破坏准则的理论应用研究基础上,对典型金属构件的非线性载荷—位移响应及其延性断裂过程进行数值仿真研究,发现常规工程数值计算中应用材料应力应变的单一曲线假设模拟构件非线性响应存在较大误差。为提高数值模拟精度,提出复杂应力状态下材料屈服以及非线性应力—应变曲线的理论修正项及其表达式。应用Wilkins延性损伤断裂准则,在Abaqus系统实现算法软件编程的基础上,对不同圆弧缺口及两类带孔板铝合金构件的延性断裂过程进行非线性有限元数值仿真,获得与试验结果吻合良好的应用结论。     

惯性效应对延性金属材料中孔洞长大行为的影响及敏感性分析

从能量守恒原理出发,得到考虑惯性效应的微孔洞增长方程,并以Gurson模型为基础,通过ABAQUS软件用户子程序VUMAT将微孔洞增长方程引入Gurson模型中,分析考虑惯性效应后的孔洞长大行为.结果表明,惯性效应抑制孔洞的长大,且随着加载速率的提高,这种抑制作用更加明最；惯性效应对材料的初始损伤和孔洞的分布密度十分敏...     

预塑性应变对纳米压痕硬度尺寸效应的影响

试验研究了不同预塑性应变条件下纯铁纳米压痕硬度的尺寸效应,发现统计存储位错对应的硬度HM0随预塑性应变的变化与材料拉伸应力－应变曲线有很好的对应关系。纯铁预拉伸应变为0～10%时,透射电镜表明样品内位错组态呈等轴状位错胞。随应变的增加,位错密度急剧增加,导致拉伸应力从150 Mpa快速增至320 Mpa,统计存储位错对应的硬度HM0从1.13 Gpa迅速增至2.05 Gpa。然而,随着应变的进一步增加,纯铁样品内位错组态转变为细条状的变形胞,对应的拉伸应力和硬度HM0增长缓慢。研究有助于揭示纳米压痕硬度尺寸效应的起源。     

韧性材料复合型断裂启裂点与开裂方向的讨论

参照多种材料常规断裂结果的宏观分析，通过研究LY12材料在不同复合比载荷下的断裂试验结果，修正了一般断裂试验中认定裂纹启裂方向的方法，结合不同复合比下裂尖附近应力三维度场、主应力方向的计算分析，得到：在裂端的钝化变形区域、应力三维度的极大值处，对应于裂纹的启裂位置，即使韧性材料II型裂纹发生剪切断裂的情况下也是如此、裂纹的启裂方向在拉伸断裂时与启裂点最大拉应力方向有关，在翦切断裂时与启裂点最大剪应力方向有关。     

30CrMnSiA钢板表面塑性损伤的细观机理研究

采用单向拉伸试样，研究了３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢板分别沿轧制、宽度两个方向拉伸时表面塑性损伤的发展规律。通过扫描电子显微镜观测表明，表面塑性损伤的细观机理是表面空穴形核、扩张和聚合的过程。随着塑性应变的增大，表面空穴的形核是按多级规律进行的，其总体平均意义下的面积百分数是单调增长的，且增长的速率逐渐加快。文中还提出一个表征板材抗表面损伤特性的材料参数。     

热作模具材料中硬化和损伤对裂纹尖端温度的影响

从热力学理论的框架出发,采用内变量理论,研究了硬化对裂纹尖端温度的影响。还按Le-maitre-Chaboche的损伤理论,考虑了损伤对裂纹尖端温度的影响。结果表明,潜热对温度的分布具有不容忽视的影响。     

试样尺寸对钢的细观解理断裂应力的影响

通过三维有限元计算并结合起裂源位置的测量，精确测定一种C-Mn钢不同尺寸(W、B和α)和宽度(B)的四点弯曲(4PB)缺口试样的细观解理断裂应力。发现随试样尺寸和试样宽度的增加，断裂载荷明显变化，但细观解理断裂应力基本不变。不同尺寸和宽度的缺口试样的解理断裂主要由正应力判据控制。稳定的下限细观解理断裂应力值可以用较大尺寸的缺口试样测得，可用于评价钢的断裂韧度和结构安全性。在缺口试样中，解理断裂的临界事件是铁素体晶粒尺寸的裂纹扩展进入基体，不随试样尺寸和宽度变化。细观解理断裂应力主要由临界裂纹的长度决定。     

组织因数对双相钢拉伸性能的影响

本文研究了经不同热处理获得的双相钢的显微组织特征及其对拉伸性能的影响。结果表明,铁素体的相硬化和马氏体的相软化现象的存在是双相钢的一个重要的组织特征;双相钢的强度除主要决定于马氏体含量外,还随马氏体岛长度直径比的增大而升高;用纤维复合材料混合律来估价不同组织状态的双相钢强度偏差均较大。