基于热力耦合的钢轨接触疲劳裂纹扩展特性分析

摘要

采用热弹塑性有限元法和裂纹尖端位移法,对轮轨全滑接触状态下的钢轨表面斜裂纹的扩展特性进行分析。热力耦合有限元模型中,考虑轮轨自由表面与环境热对流、裂纹表面间热传导和温度对材料参数的影响,通过移动边界条件模拟轮轨接触区的移动,计算轮轨摩擦因数、裂纹表面间的摩擦因数和裂纹角度对钢轨表面裂纹扩展特性的影响。计算结果表明:在热力耦合作用下,钢轨斜裂纹的剪切扩展模式占主导;裂纹尖端最大张开位移随轮轨摩擦因数和裂纹角度的增大而增大;减小轮轨摩擦因数、增大裂纹表面摩擦因数和小的裂纹角度,可限制钢轨表面斜裂纹的扩展。