考虑焊接残余应力的钢轨铝热焊焊缝滚动接触应力分析

铝热焊焊缝的滚动接触应力是钢轨滚动接触疲劳问题的关键影响因素。本文开展了静力拉伸试验研究母材与焊缝材料的基本力学性能,采用Chaboche塑性本构方程描述两种材料在塑性阶段的力学响应。利用ABAQUS计算了铝热焊焊接过程的温度场和残余应力场。建立了轮轨滚动接触应力分析的有限元计算模型,并将焊接残余应力分析与焊缝滚动接触应力相结合,提出了考虑焊接残余应力的轮轨滚动接触应力计算方法。最后,分析了焊缝局部应力场的特点。研究结果表明:(1)焊缝边缘处相比中心处承受更大的接触压力,残余应力的存在会增加焊缝的滚动接触应力以及焊缝边缘处的接触压力;(2)随着车轮滚动次数的增加,焊缝的塑性应变会不断累积,进而影响钢轨疲劳伤损的演化。