多条滚动接触疲劳斜裂纹的瞬态扩展模拟研究

摘要

针对轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展的研究,多采用移动载荷法来模拟轮轨滚动接触载荷,忽略或简化了非赫兹接触、高频轮轨相互作用、瞬态滚滑等行为以及裂纹对轮轨滚动行为的影响.本文扩展了之前基于三维轮轨滚动接触有限元模型建立的裂纹瞬态扩展分析模型,引入多条钢轨表面斜裂纹,深入分析了车轮打滑这一极端工况下多条裂纹之间的相互影响,数值重现了300km/h运行速度下真实的滚动接触载荷条件,突破了以往研究的众多假设前提.结果表明,裂纹会降低轮轨间法向接触刚度,且降低量随裂纹数量的增多而增大,造成行经车轮额外的振动,使得法向轮轨力出现幅值约为0.5kN的波动;多条裂纹的瞬态裂纹面接触力之间存在重要的不同,尤其是第1和最后一条裂纹的结果往往与其它差异明显;裂纹数量和裂纹间相对位置对裂尖应力强度因子具有显著的影响,但其影响规律有待进一步研究.