基于增材再制造的铁路货车车轮修复与再设计研究

摘要

随着中国工业的飞速发展，政府将绿色制造作为“工业4.0”的战略重点和任务之一，提出要大力发展再制造产业，先进轨道交通装备作为一个重要内容呈现其中。近年来铁路货运行业取得了迅猛的发展，由于铁路货车关键零部件供应不足，甚至需要通过进口来解决，给中国社会经济发展带来了严重的阻碍。车轮作为货车走行部重要的组成部分，工作过程中受力状态比较复杂、服役条件恶劣等情况会产生各种各样的损伤，高速重载的发展模式促进了失效行为加剧，因此对铁路货车车轮进行增材再制造修复非常必要。
　　通过对国内外铁路货车车轮修复技术的发展趋势进行研究，并对铁路货车车轮的损伤类型进行归纳总结，初步得出车轮可以进行增材再制造的可行性分析。基于以上基础对再制造修复有限元仿真技术特点及ANSYS有限元分析软件仿真进行回顾，采用激光熔覆的再制造修复方式对铁路货车车轮进行修复仿真模拟。
　　本文选取铸钢整体车轮中HDZC型车轮的形式和材料热物性参数，发展到轮辋外侧面的轮辋疲劳裂纹失效形式，借助CAD进行3D仿真模型的建立，并且采取ANSYS仿真软件和APDL编程语言对损伤铁路货车车轮进行数值仿真模拟分析。根据工件的热物性参数和熔覆实际情况及APDL命令流进行多次试验，确定合适热源载荷进行施加。在此基础上对再制造修复温度场及应力场的变化情况进行分析，得出铁路货车车轮有修复可行性，增材修复工艺设计合理。
　　经过上述增材熔覆修复可行性的研究及分析，证明基于增材再制造的车轮修复具有一定可实施性，根据车轮的产品生命周期对车轮提出再设计理论，并提出初步的设计思路进行阐述分析。

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目录

1绪 论

1.1本课题研究背景及选题意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3本课题的主要研究内容

2铁路货车车轮技术参数及失效分析

2.1铁路货车车轮

2.2铁路货车车轮失效分析

2.3本章小结

3 铁路货车车轮再制造过程仿真模拟

3.1再制造修复有限元特点

3.2再制造修复应力变形有限元方法

3.3再制造修复过程仿真模拟的基本理论

3.4增材修复温度场的数值模拟

3.5模型前提假设和初始边界条件

3.6温度场的模拟结果分析

3.7本章小结

4 增材修复残余应力场的数值模拟及分析

4.1增材修复应力变形的产生

4.2增材修复残余应力分析

4.3本章小结

5 铁路货车车轮再设计理论分析

5.1铁路货车车轮寿命的主要影响因素

5.2产品生命周期的基础理论

5.3铁路货车车轮再设计分析

5.4本章小结

6总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果