U71Mn重轨淬火温度场及其影响因素研究

利用有限元分析软件对U71Mn重轨淬火过程中的温度场分布进行数值模拟,并通过不同的数据加载对各种可能影响温度场分布的因素进行研究.结果表明,准确选择淬火时加热、保温时间和风冷时的压强,能显著提高重轨的最终性能,对U71Mn重轨热处理中相关参数的选择具有重要的指导意义.     

U71Mn钢重轨轧制全过程中轧件温度场的有限元模拟

采用抽取中间截面网格拉伸的建模方法,同时根据前后节点的位置对应关系加载温度数据,对U71Mn钢重轨轧制全过程中轧件的温度场进行了三维热力耦合有限元模拟;另外,利用红外线测温仪对不同阶段轧件表层的温度进行在线测量,并与模拟结果进行对比。结果表明:形状不规则的重轨截面使得其横截面在轧制过程中的温度分布十分复杂;随着轧制的进行,轧件表面尤其是圆角处温度下降剧烈,心部温度先升高后下降,最终在轨底和轨头的心部形成两个高温区;温度的测量结果与模拟结果比较吻合,验证了有限元模型的有效性。     

基于有限元分析的重轨终轧温度场数值模拟分析

基于传热学及有限元理论,采用SolidWorks三维软件,建立60kg/m、U75V重轨三维瞬态非线性有限元模型。采用ANSYS Workbench对重轨轧制后自然空冷过程中的温度场进行有限元数值模拟,并在不同初始条件下做对比分析。分析结果表明:重轨在冷却过程中,轨头的温度始终最高,轨腰、轨底依次降低,两端部温度较中部温度低;不同环境温度时,温度越低终冷温度越低;相同环境温度,断面温度越高,终冷温度越高;不同初始温度,温度越低重轨发生相变越早;相同环境温度,断面温差越大,终冷温度越高。     

基于ANSYS的U71Mn钢轨激光淬火的温度场分析

针对U71Mn钢轨表面激光淬火的工艺过程,利用ANSYS软件对其进行温度场仿真分析。通过对钢轨进行三维实体建模、模型网格化、细分载荷时间步长和移动热载荷命令流编写等操作,实现了对钢轨表面激光淬火的温度场瞬态仿真。根据仿真分析结果,获得了功率密度均布的矩形光斑作用于U71Mn钢轨所生成温度场的信息。最后通过温度场判断淬硬层的形貌,并对比实际模型的淬火结果验证了分析的有效性。研究结果可为钢轨表面激光淬火温度场仿真分析提供指导,为钢轨表面激光淬火工艺参数的选取提供帮助。     

基于Visual C ++交互仿真软件的重轨淬火应力场数值模拟分析

针对重轨淬火工艺难以制定的问题,对重轨淬火的应力场及其有限元模型的建立进行了分析,并基于Visual C++开发了针对重轨淬火应力场分析的仿真软件。在实际应用中,只需要在该仿真软件上输入相应的参数,包括重轨淬火的材料热物性、工况条件等,该仿真软件就会在后台自动调用有限元软件对重轨淬火过程进行有限元数值模拟,获得其应力场分布,通过对比分析得到最佳加热时间,并制定出较优的重轨淬火工艺。仿真后,通过对比3种工况的分析结果表明:加温时间设置为40 s,保温时间设置为25 s,淬冷时间设置为35 s是较优的重轨淬火工艺路线,为不了解有限元软件甚至没有使用过有限元软件的重轨淬火工作人员对重轨淬火工艺进行分析时提供了方便,对实际生产具有重要意义。     

基于ANSYS的重轨淬火过程的温度场研究

重轨热处理温度及气冷温度对重轨淬火质量的提高有直接的影响.利用ANSYS有限元软件建立重轨温度分布模型,并对其淬火过程中的温度场进行了模拟计算,分析重轨淬火过程中重轨内部温度变化情况.研究结果表明温度的模拟结果与实测结果吻合较好,为下一步研究重轨应力场奠定基础,并对重轨淬火工艺和生产工艺具有重要指导意义.     

重轨多曲面轮廓表面视觉成像优化研究

为了获取重轨表面缺陷视觉检测系统中光源的最佳入射角度,保障原始图像的品质,简化图像后续处理,结合了重轨多曲面多平面的表面轮廓特点,推导出了曲面视觉检测中光源对成像的影响,研究了重轨曲面视觉光学传递规律,设计了重轨表面光照角度优化实验,给出了基于图像清晰度的重轨表面图像综合评价方法,并对结果图像进行了综合评价,得出了重轨踏面、轨头底面和轨底顶面的光源入射角度评价曲线。该实验可获得重轨视觉检测系统中光源的最佳入射角度,为检测系统的搭建与光源角度配置提供了理论依据。     

PD3与U71Mn钢轨疲劳裂纹扩展特性研究

针对广深线铺设使用中已出现斜线状裂纹的PD3和U71Mn两种钢轨试样进行了成分、机械性能与微观形貌分析。结果表明：PD3钢轨的强度性能优于U71Mn钢轨的强度性能;U71Mn钢轨裂纹扩展角度比PD3钢轨的裂纹扩展角度要小;U71Mn钢轨在疲劳裂纹扩展中以沿晶和穿晶混合型扩展为主;而PD3钢轨试样的疲劳裂纹扩展主要以穿晶为主,裂纹更容易扩展,扩展速率更大。综合分析表明,U71Mn钢轨更适合于高速铁路铺设使用。     

PD3与U71Mn钢轨疲劳裂纹扩展特性研究

针对广深线铺设使用中已出现斜线状裂纹的PD3和U71Mn两种钢轨试样进行了成分、机械性能与微观形貌分析。结果表明：PD3钢轨的强度性能优于U71Mn钢轨的强度性能;U71Mn钢轨裂纹扩展角度比PD3钢轨的裂纹扩展角度要小;U71Mn钢轨在疲劳裂纹扩展中以沿晶和穿晶混合型扩展为主;而PD3钢轨试样的疲劳裂纹扩展主要以穿晶为主,裂纹更容易扩展,扩展速率更大。综合分析表明,U71Mn钢轨更适合于高速铁路铺设使用。     

重轨淬火感应加热过程数值模拟

根据电磁感应理论和热传导基本理论,建立了重轨淬火感应加热过程的有限元数值模型。对重轨横截面上涡流透入深度的变化进行了分析,并对计算得的加热结束后温度分布情况与实际数据进行对比,具有较好的一致性。利用该模型可以对重轨感应淬火工艺的研究提供重要参考依据。     

Experimental study on the cyclic deformation and plastic flow of U71Mn rail steel

The strain cyclic characteristics and ratcheting behaviour of U71Mn rail steel were experimentally investigated under uniaxial cyclic loading at room temperature. The effects of cyclic strain amplitude, mean strain, strain rate and their histories on strain cyclic characteristics were studied. The effects of stress amplitude, mean stress and their histories on the ratcheting under asymmetrical stress cycling were also analysed. Then, the interaction between strain cycling and stress cycling was discussed, too. Based on the experimental stress–strain data, the plastic flow properties of U71Mn rail steel under cyclic loading were analysed. Plastic modulus and its evolution rule were calculated from experimental data and were discussed under strain and stress cycling, respectively. It is shown that both the strain cyclic characteristics and ratcheting depend not only on current loading state, but also greatly on previous loading history. Under asymmetrical stress cycling, the evolution rule of plastic modulus is different from that under strain cycling. The strain cyclic characteristics and ratcheting behaviour of the material can be described essentially by the evolution of plastic flow.     

不同材料的室温单轴应变循环特性和棘轮行为研究

通过对U71Mn轨道钢和316L不锈钢室温下单轴应变控制和应力控制循环的实验研究，就两种材料的应变循环特性和棘轮行为进行研究和比较。讨论应变循环下应变幅值和平均应变的大小及其历史对应变循环特性的影响以及应力循环下应力幅值和平均应力的大小及其历史对棘轮行为的影响，同时还讨论了应变循环与应力循环间的交互作用。研究中着重对两种材料的循环特性进行比较，得到一些有助于进行合理本构描述的结果。     

焊接热循环对U71Mn铁轨钢热影响区粗晶区组织性能的影响

U71Mn铁轨钢为高碳钢,其热影响区的粗晶区是焊接接头的薄弱部位。本文利用焊接热模拟技术、金相显微镜、维氏硬度计、冲击试验机、扫描电镜,研究分析了U71Mn铁轨钢在不同热循环下的热影响区的粗晶区显微组织、显微硬度、冲击韧性和断口形貌。研究结果表明,增加冷却时间t8／5能减少组织中马氏体含量,当t8/5〉100s时,马氏体消失;第2次热循环时,由于热循环峰值温度为1000℃,位于热影响区的细晶区,第2次热循环对第1次热循环产生的粗晶组织有细化作用,能增加硬度,提高韧性。     

借助梯度涂层进行ZGMn13钢与U71Mn钢的焊接性研究

介绍了在ZGMn13钢和U71Mn钢表面进行等离子弧堆焊获得梯度过渡层后,利用闪光焊方法将两者对焊。ZGMn13钢热影响区碳化物的析出和热裂纹的形成受到抑制,U71Mn钢热影响区内无马氏体出现,焊接接头的各项力学性能优异。表明,利用等离子弧堆焊结合闪光对焊工艺方法是实现ZGMn13钢辙叉和U71Mn钢钢轨焊接的有效方法。     

高速重载线路钢轨损伤特性分析

结合广深线钢轨斜线状裂纹损伤特性分析,对比分析了高速与重载线路钢轨的损伤差异。结果表明:重载线路钢轨主要以磨损和塑性变形为主,而高速线路钢轨主要表现为疲劳损伤,无明显的塑性变形发生;U71Mn钢轨的含碳量低,具有较好的韧性,相比PD3钢轨,U71Mn更适于铺设于高速轻载线路。     

PD3和U71Mn钢轨钢疲劳裂纹扩展速率研究

利用MTS试验机, 在常温下对两种钢轨PD3和U71Mn进行疲劳裂纹扩展速率试验研究,根据Paris公式确定两种钢轨的疲劳裂纹扩展速率,利用极大似然估计法计算带有一个随机变量描述的疲劳裂纹扩展速率的概率方程.结果表明,裂纹扩展速率曲线符合一般疲劳裂纹扩展规律;PD3的强度性能优于U71Mn,但U71Mn表现出更好的抗疲劳裂纹扩展性能,扩展速率低于PD3钢轨;疲劳裂纹扩展速率的不确定性方程与试验结果相符.     

高速铁路钢轨剩余疲劳寿命预测研究

利用断裂力学理论建立高速铁路钢轨剩余寿命的预测模型;首先对特定线路上钢轨的动载弯曲应力、温度应力、残余应力进行计算,然后利用预测模型估算高速钢轨的疲劳剩余寿命,分析钢轨材料、列车速度系数、钢轨基础弹性系数对钢轨剩余寿命的影响。结果表明:相同营运条件下,U71Mn钢轨剩余寿命比PD3钢轨长;钢轨剩余寿命随列车速度系数的增加而降低,随钢轨基础弹性系数的增长而延长。     

U71Mn材质龙门吊轨道裂纹的成因与安装工艺的改进

本文介绍了货轮左右舷侧龙门吊轨道角焊缝连接处出现大量裂纹,从U71Mn材质轨道钢的焊接性能入手,对其化学成分及机械性能进行了分析,提出了甲板轨道安装的改进方案,即采用两边加夹板的形式固定轨道的横向移动,供同行参考。     

基于主动悬架系统车辆的道路友好性

为分析悬架系统对车辆道路友好性的影响,设计出可提高道路友好性的主动悬架系统最优控制器,及可分析基于最优控制策略的主动悬架系统,以及被动悬架系统的道路友好性动态仿真模型,仿真分析得出车辆在两种典型的A、B级路面行驶时,基于最优控制策略的主动悬架系统及被动悬架系统车辆对路面造成的动载荷.利用动态载荷系数、动态载荷应力因子及95百分位综合四次幂力三种典型道路友好性评价指标对两种悬架系统的道路友好性进行分析比较.结果表明,采用动态载荷系数、动态载荷应力因子对悬架系统的道路友好性进行评价时,在A级路面上,主动悬架系统的道路友好性分别是被动悬架系统的1.5、1.6倍;在B级路面上主动悬架系统的道路友好性是被动悬架系统的1.5、2.5倍;采用95百分位综合四次幂力指标评价两种悬架系统的道路友好性时,在A级路面上,两种悬架系统的道路友好性相差无几;在B级路面上主动悬架系统的道路友好性比被动悬架系统提高2.5倍.因此,具有合理控制参数的基于最优控制策略的主动悬架系统可提高重型车辆的道路友好性.