不同拉扭加载路径下EA4T车轴钢疲劳短裂纹行为对比研究

摘要

随着我国科学技术与社会经济的快速发展，铁路运输业已步入高速、重载的全新阶段，铁道车辆相关结构安全与可靠性研究重要性更加突出。车轴作为车辆运行与承载的重要部件，在使用过程中主要承受多轴交变载荷，失效形式多为疲劳断裂，而短裂纹的萌生与扩展在失效过程的占比通常很高，因此开展多轴载荷作用下短裂纹的萌生与扩展研究，可为正确评估车轴安全性提供理论依据。本文以高速列车车轴常用材料EA4T钢为研究对象，开展EA4T钢在不同拉扭加载路径下的疲劳短裂纹行为研究。　　1．完成了6种加载路径下的短裂纹复型试验。结果表明拉扭多轴载荷作用下，短裂纹主要萌生于回火索氏体晶界或块状铁素体内部，并在载荷作用下主要沿最大剪切面或垂直于试样轴向扩展。在扩展过程中，受晶界、夹杂物以及“带”状组织的阻碍，裂纹扩展率会发生多次降速；典型试样的试验结果分析表明，当主导有效短裂纹(DESFC)尺度低于临界尺度500μm时，裂纹尺度增长缓慢，短裂纹的萌生与扩展占整个疲劳寿命的70%~80%。　　2．对比6种加载路径，随着相位差的增加，材料开始产生非比例附加强化效应，使得疲劳寿命减小，短裂纹MSC阶段早期扩展率呈下降趋势，而MSC阶段后期以及进入PSC阶段后扩展率则呈增加趋势。断口分析表明，随着相位差的增加，断口愈加平整，裂纹源数量减少，扩展区擦伤痕迹面积增大，瞬断区韧窝数量减少。　　3．针对DESFC尺度、寿命分数两个典型特征参数，统计分析表明0°比例加载下，正态分布(ND)是描述二者的良好假设分布，而90°非比例加载下的良好假设分布为极小值分布(EMVD1)。　　4．基于包含多种微观组织障碍影响的短裂纹扩展率模型，对6种加载路径下的试验数据进行了拟合，拟合效果较好，预测曲线均能反映微观组织对短裂纹扩展的周期性影响。

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第1 章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 短裂纹研究现状

1.2.1 短裂纹的定义及分类

1.2.2 疲劳短裂纹的萌生与扩展

1.3 载荷形式方面研究现状

1.4 研究内容

第2 章短裂纹复型试验与结果观察

2.1.1 试验方案

2.1.2 短裂纹试验方法

2.1.3 试验假设与相关术语

2.2.1 复型膜观察

2.2.2 典型加载路径下的短裂纹扩展特征

2.2.3 6种加载路径下的裂纹扩展率与寿命对比

2.2.4 断口观察

2.3 本章小结

第3 章两种相位差加载路径下短裂纹统计演变特征

3.1 0°比例加载路径特征参数统计演变特征

3.1.1 DESFC尺度统计演变特征

3.1.2 寿命分数统计演变特征

3.2 90°非比例加载路径特征参数统计演变特征

3.2.1 DESFC尺度统计演变特征

3.2.2 寿命分数统计演变特征

3.3 本章小结

第4 章短裂纹扩展率模型

4.1 包含多种微观组织障碍影响的短裂纹扩展率模型

4.2 6种加载路径下短裂纹扩展率拟合

4.3 本章小结

结论与展望

1. 结论

2. 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及成果