提速重载车轮踏面热裂纹的断裂力学安全评估

摘要

随着我国铁路提速重载运输的发展，货车车轮踏面承受的热负荷作用越来越大，并由此产生较为严重的踏面热裂纹及剥离掉块等相关伤损。通过分析货车车轮踏面热裂纹产生机理，结合现场观察到的车轮踏面热裂纹位置和形态，建立了位于踏面中部的半椭圆形热裂纹模型。根据断裂力学知识，推导确定出裂纹形态a／c比值、裂纹面名义正应力(o)nom、疲劳门槛值△kth和断裂韧度KIC为影响车轮断裂的主要因素，并采用典型车轮应力估算了车轮踏面热裂纹的安全尺寸和容限尺寸。评估得到的车轮踏面热裂纹的安全尺寸约为0．08~0．16mm，容限尺寸约为10．0~27．0mm，二者均受车轮应力影响较大。但考虑车轮踏面在制动过程中的马氏体相变，可以认为车轮踏面基本不存在热裂纹安全尺寸。