钳压管压接方式对整体吊弦微动疲劳的影响

摘要

微动疲劳现象广泛的存在于汽车、铁路、航空航天、电气等领域。微动疲劳现象的产生会加速机械零部件微观裂纹的萌生与扩展，最终使机械零部件服役寿命大幅降低并提前失效。吊弦作为高速铁路接触网系统中的关键零部件之一，对其开展载流微动疲劳试验研究，揭示其损伤机理，将会对吊弦的微动损伤防护有重要参考价值和指导意义。　　本论文以整体吊弦为研究对象，首先使用ABAQUS有限元仿真软件对整体吊弦进行静力学模拟，分别从预紧力、吊弦线股间磨损、钳压管压接等三个方面对比分析吊弦损伤的原因。随后在基于w+b微动疲劳试验机自主设计的微动疲劳装置上对不同钳压管压接方式的整体吊弦进行弯曲微动疲劳实验，采用体式显微镜(SM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、白光干涉仪(WIL)、X射线光电子能谱仪(XPS)对整体吊弦的钳压管与吊弦线进行微观表征，分析微动疲劳损伤特性，探究其损伤机理，获得主要结论如下：　　(1)通过ABAQUS有限元仿真可以得出：吊弦线的预紧力会使铜线表面形成应力，随着预紧力的增大，表面应力越大；吊弦线股间的相对位移会使铜线表面产生椭圆形磨斑，塑性变形轻微；钳压管压接会导致钳压管与吊弦线出现明显的塑性变形；　　(2)分别对钳压管不同压接量的整体吊弦进行拉伸实验，符合标准的参数有钳压管反向压接量4.8mm、正向压接量5.0mm、反向压接量5.0mm；整体吊弦弯曲微动疲劳实验结果显示微动疲劳寿命从高到底依次为：反向压接量4.8mm＞正向压接量5.0mm＞反向压接量5.0mm；　　(3)整体吊弦经过弯曲微动疲劳试验后，均在钳压管压接位置发生断裂，且吊弦线的断口形貌复杂，主要可分为疲劳源区、裂纹扩展区、瞬断区三个区域。主要特征有裂纹源、疲劳弧线、二次裂纹和韧窝等；　　(4)吊弦线股间损伤严重，且不同区域的损伤特征不同。距离钳压管压接位置比较近时，吊弦线之间的相对位移较小，线股间得的应力较大，磨坑深度深；在弯曲疲劳载荷的加载位置，吊弦线之间的相对位移最大，线股间的应力处于中等水平，磨坑的长度较长；距离弯曲疲劳载荷的加载位置较远时，吊弦线之间的位移与应力都变小，此区域的线股间磨损情况轻微。　　(5)不同电流强度作用下的整体吊弦微动疲劳寿命不同，电流强度越高，整体吊弦的寿命越低。电流强度为200A时，钳压管损伤区表面发现雨滴状磨屑，此为典型载流磨损特征，主要由电弧放电现象产生。电流强度的增加使铜线的氧化磨损现象加剧，电流强度为100A与200A时在损伤区表面观察到大量磨屑，且表面的氧化程度随着电流强度的增加而增强。电流强度的增加还会使铜线表面的温度升高，促进CuO的产生。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 微动的相关理论

1.2.1 微动的概念

1.2.2 微动疲劳相关理论

1.2.3 微动疲劳研究进展

1.2.4 微动疲劳影响因素

1.3 电气化铁路接触网概述

1.3.1 接触网研究背景

1.3.2 接触网吊弦概述

1.3.3 接触网研究现状

1.3.4 接触网中的微动疲劳失效案例

1.4 本文选题意义和研究内容

1.4.1 本论文选题意义

1.4.2 本文研究内容

第二章 试验方法与实验材料

2.1 整体吊弦介绍

2.2 试验材料选择

2.3 试验装置介绍

2.3.1 钳压管压接装置介绍

2.3.2 弯曲疲劳装置

2.4 试验方法及参数

2.5 微观分析设备及分析方法

扫描电子显微镜（SEM）与能谱仪（EDS）

体视显微镜（SM）

X射线光电子能谱（XPS）

第三章 吊弦断裂原因分析及参数的选定

3.1 吊弦线预紧力作用下应力分析

3.1.1 有限元计算前处理

3.1.2 计算结果分析

3.2 吊弦线线股间应力分析

3.2.1 有限元计算前处理

3.2.2 线股间应力计算结果分析

3.3 吊弦钳压管处应力分析

3.3.1 钳压管处有限元计算前处理

3.3.2 钳压管应力计算结果分析

3.4 试验参数的选定

3.4.1 试验材料制备

3.4.2 静态拉伸试验方法

3.4.3 静态拉伸试验结果

3.5 本章小节

第四章 压接方式对整体吊弦微动疲劳的影响

4.1 压接方式对疲劳寿命的影响

4.2 整体吊弦损伤区微观分析

4.2.1 吊弦线断口微观分析

4.2.2 钳压管微观分析

4.2.3 吊弦线损伤分析

4.3 电流对整体吊弦的影响

4.3.1 电流强度对整体吊弦寿命的影响

4.3.2 电流强度对微观损伤的影响

4.4 本章小结

结论与展望

一、主要结论：

二、研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文与参加的科研项目