重载货车钩舌的疲劳特性研究

摘要

车钩是连接铁路机车车辆的关键部件，它直接关系到列车运行的安全和可靠性。随着我国铁路运输不断向高速和重载方向发展，列车的纵向冲击力急剧增加，钩舌接触面摩擦磨损严重，工作面经常出现裂纹，返修率极高，钩舌的性能已越来越难以满足现代铁路的要求，严重影响到铁路运输的安全和效益，因此，有必要对钩舌的疲劳可靠性进行研究，为提高钩舌的疲劳寿命提供依据。本文以我国重载货车普遍使用的16号车钩钩舌为研究对象，主要进行了以下几个方面的研究：
　　 首先，利用NX-IDEAS软件对钩舌进行有限元静强度分析，通过研究钩舌的变形结果和应力分布区域，确定钩舌刚度和强度的薄弱环节，为疲劳寿命预测提供依据。并以NX-IDEAS软件为多体接触分析平台，建立和分析了钩舌多体接触有限元模型，分析结果表明，危险部位应力较大并且和实际服役中的钩舌产生裂纹并破坏的部位一致。
　　 其次，以NX-IDEAS计算的应力结果为基础，根据美国AAR机务规程中90.7吨漏斗车重车车钩载荷(一般环境)谱，采用结构疲劳耐久性分析的专用软件FE-SAFE结合材料的P-S-N曲线，计算钩舌裂纹的萌生寿命；通过钩舌裂纹的扩展速率，采用断裂力学理论，运用疲劳裂纹扩展寿命公式，计算钩舌裂纹的扩展寿命。
　　 另外，采用断裂力学与NX-IDEAS软件相结合的方式，根据线弹性材料断裂判据，着重探讨了钩舌S面出现裂纹后的极限承载能力，结果表明随着裂纹尺寸的增加，钩舌的极限承载能力明显下降。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2疲劳研究方法及发展现状

1.3选题背景

1.4选题的目的和意义

1.5车钩疲劳寿命预测方法研究概况

1.6本文研究的内容

第二章基本理论和方法

2.1疲劳理论

2.1.1抗疲劳设计准则与基本方法

2.1.2材料的S-N曲线

2.1.3疲劳极限

2.1.4 Miner线性累积损伤理论

2.2断裂力学理论

2.2.1断裂力学的发展概况

2.2.2裂纹及类型

2.2.3应力场强度因子及裂纹体断裂韧性

2.3接触问题有限元法

2.3.1基本概念

2.3.2分析步骤

本章小结

第三章钩舌弹塑性及接触分析

3.1弹塑性分析步骤

3.2钩舌建模

3.2.1钩舌实体建模

3.2.2钩舌有限元网格划分

3.3钩舌载荷工况

3.3.1车钩匹配关系

3.3.2钩舌拉、压工况分析

3.4计算结果

3.5钩舌拉、压试验

3.6结果分析

3.7钩舌的接触非线性强度分析

3.7.1接触分析的定义步骤

3.7.2钩舌多体接触模型的创建

3.7.3接触仿真结果

本章小结

第四章疲劳裂纹萌生寿命的计算

4.1疲劳寿命预测的技术路线

4.1.1疲劳破坏的发展过程

4.1.2疲劳寿命预测的技术路线

4.2钩舌疲劳裂纹萌生寿命的计算

4.2.1载荷谱的确定

4.2.2钩舌疲劳性能的P-S-N曲线

4.2.3 FE-SAFE软件简介

4.2.4钩舌疲劳裂纹萌生寿命的计算

本章小结

第五章钩舌疲劳裂纹扩展寿命的计算

5.1疲劳裂纹扩展寿命的估算步骤

5.2应力强度因子及临界裂纹尺寸的计算

5.3钩舌疲劳裂纹扩展寿命的估算

5.4钩舌极限承载能力的计算

本章小结

结 论

参考文献

附录A 90.7吨漏斗车重车车钩载荷的线路环境事件百分率谱

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢