铁路车辆部件抗疲劳评估的进展与挑战

• 作者: 吴圣川 任鑫焱 康国政 马利军 张晓军 钱坤才 滕万秀
• 来源期刊: 交通运输工程学报
• 关键词: 车辆工程 高速列车 损伤容限 疲劳寿命 焊接构架 增材制造
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 页码范围: 81-114
• 页数: 34页
• 分类号: U270
• 语种: 中文
• DOI: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.004

摘要

从铁路车辆的安全运用及服役评估出发,论述了转向架部件(如构架、车轴等)的抗疲劳评估及应用进展,重点分析了合金钢EA4T车轴和碳素钢S38C车轴的设计理念差别,阐明了车轴运用评估中存在的难定量和过保守的理论局限性;首创了"名义应力"+"损伤容限"有机融合的阶梯疲劳评估方法,给出了样本信息聚集改进原理、基于单轴拉伸的裂纹扩展模型、应力-缺陷-寿命的三参数评估图和表面残余应力重建等四大关键技术.分析结果表明:基于传统名义应力法的抗疲劳设计给出的寿命预测偏于保守,导致车辆部件维修不足或者过度维修;基于单轴拉伸性能的新型裂纹扩展模型的精度优于NASGRO方程;Kitagawa-Takahashi图把基于名义应力的疲劳极限和基于断裂力学的缺陷特征有机关联起来,比Goodman图更直观、定量和全面;基于表面单位压力法,获得了与实测结果一致的S38C车轴的压缩残余应力分布,表明压缩残余应力的引入提高了新干线车轴的抗微动磨损能力和抗疲劳裂纹扩展能力;广域环境服役、超高周疲劳、增材修复再制造、断裂求解技术及动力学和强度学结合等问题成为未来研究的重要课题.