提速重载车轮踏面热裂纹的断裂力学安全评估

Safety assessment on thermal cracks on wheel thread with fracture mechanics

随着我国铁路提速重载运输的发展,货车车轮踏面承受的热负荷作用越来越大,并由此产生较为严重的踏面热裂纹及剥离掉块等相关伤损。通过分析货车车轮踏面热裂纹产生机理,结合现场观察到的车轮踏面热裂纹位置和形态,建立了位于踏面中部的半椭圆形热裂纹模型。根据断裂力学知识,推导确定出裂纹形态a/c比值、裂纹面名义正应力σnom、疲劳门槛值σKth和断裂韧度KIC为影响车轮断裂的主要因素,并采用典型车轮应力估算了车轮踏面热裂纹的安全尺寸和容限尺寸。评估得到的车轮踏面热裂纹的安全尺寸约为0.08~0.16mm,容限尺寸约为10.0~27.0mm,二者均受车轮应力影响较大。但考虑车轮踏面在制动过程中的马氏体相变,可以认为车轮踏面基本不存在热裂纹安全尺寸。