基于声发射的高铁齿轮箱金属材料疲劳损伤分析

声发射作为一种现代无损检测技术,广泛应用于金属材料或设备的实时状态监测,对金属材料或设备的服役安全评价具有重要意义。作为高铁的重要组成部分,齿轮箱体的服役情况直接影响列车的安全性。针对高速列车齿轮箱的故障诊断与安全预警问题,传统的方法对齿轮箱零部件的早期失效不敏感,故障准确定位困难。因此,提出一种基于声发射技术对齿轮箱金属材料服役状态实时监测的方法。搭建带声发射检测功能的箱体材料疲劳试验系统,通过疲劳试验数据计算得到安全阶段与预警阶段的临界时间,对齿轮箱体材料疲劳实验过程中直至完全断裂时刻的声发射信号进行采集与分析,提取出能量与振铃计数的比值作为反映材料当前退化状态的主要特征量。分别采用支持向量机(SVM)和加权支持向量机(WSVM)构建分类器,并利用粒子群优化算法(PSO)进行参数寻优,对齿轮箱箱体材料疲劳裂纹扩展的各阶段进行损伤分类。实验结果表明,在齿轮箱箱体金属材料失效数据匮乏的情况下,SVM的分类结果严重偏向于安全阶段,而WSVM很好地兼顾了安全阶段与预警阶段的识别分类,对材料当前所处损伤状态分类的平均准确率超过90%,可以对金属材料的失效做出预警,为今后的在线监测奠定基础。

制动盘用SiCp/A357铝基复合材料摩擦磨损性能研究

采用搅拌铸造法制备SiCp含量分别为0 wt%、10 wt%、20 wt%、30 wt%、40 wt%的SiCp/A357铝基复合材料(SiCp/A357复合材料)。在MVF-1A摩擦磨损试验机上以45#钢为对磨材料,研究SiCp含量对SiCp/A357复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)对SiCp/A357复合材料磨损表面观察分析。结果表明:加入SiCp可细化基体晶粒,降低SiCp/A357复合材料孔隙率,相比于A357基体铝合金材料,40 wt%SiCp/A357复合材料的硬度提高了70.3%,可达155HBW。SiCp/A357复合材料的平均摩擦系数和磨损率均随SiCp含量的增加呈现先下降后上升的趋势,当SiCp含量为20 wt%时,达到最低的平均摩擦系数0.420和最低的磨损率4.15×10^(-3)g·m^(-3)。在60 N负载下,A357基体铝合金材料的磨损机制以粘着磨损为主,随着SiCp含量增加,SiCp/A357复合材料的磨损机制转变为以磨粒磨损(20 wt%SiCp/A357)与剥层磨损(40 wt%SiCp/A357)为主。

定位分析法在钢轨铝热焊焊缝伤损判别中的应用

针对钢轨铝热焊焊缝结构特点带来的伤损判别困难问题,为提高铝热焊焊缝伤损判别的准确率,分析探伤车超声通道横波声场的结构特点,提出判别反射体位置的定位分析法;通过人工伤损实际位置与定位分析法得到的B型显示伤损位置比对,证明定位分析法判断伤损位置的正确性。分析铝热焊焊缝的轮廓特征,运用定位分析法解释其轮廓B型显示规律,提出利用此轮廓显示规律对铝热焊焊缝伤损判别及对检测增益适当与否进行监控;通过实际线路中铝热焊焊缝伤损报警的复核分析,验证运用铝热焊轮廓显示结合定位分析法综合判别铝热焊焊缝伤损的可行性,即定位分析法可在钢轨铝热焊焊缝伤损判别中应用。

基于红外光谱的沥青性能指标快速检测方法研究

为解决道路沥青性能指标常规检测方法存在的检测时间较长、操作复杂、人为干扰大等问题,文章采用衰减全反射红外光谱技术,通过主成分分析和马氏距离相结合(PCA-MD)的方法筛查样本库中的异常样本,建立定量分析样本数据库以及PLS预测模型,从而实现了道路沥青性能指标的快速检测。研究结果表明:通过PCA-MD方法判别后,主成分得分值在马氏距离之内的待测样品,其针入度、软化点及延度预测值满足重复性试验允许误差要求。

我国铁路产品和技术出口中知识产权保护策略分析

我国铁路坚持世界一流标准，全面推进原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，形成了系列自主知识产权。在我国铁路加快实施“走出去”战略的形势下，加强知识产权保护意识，健全知识产权保护制度，发挥铁道部领导协调作用，不仅有利于避免产品和技术出口中的知识产权纠纷，更有利于我国铁路在国际市场树立竞争优势，抢占战略制高点。

国内外铁路用金属材料的现状及进展(上)

系统介绍国内外铁路领域金属材料技术,包括钢轨、车轮、车轴、轴承、制动盘、闸片、受电弓滑板、接触导线等重要部件的技术现状及与国外存在的差距。随着我国铁路技术的发展,装备与技术的自主水平越来越高,但高速、重载列车的一些重要核心部件材料仍依赖于进口。指出我国应在引进、消化、吸收的基础上,通过自主创新,提出创新的材料设计原理和生产工艺,不断突破高速、重载列车关键材料技术,为我国铁路事业的发展提供有力保障。

高强耐磨贝氏体道岔尖轨的研制

在贝氏体钢轨及贝氏体辙叉研究的基础上,通过成分选择、精炼、精轧及稳定化处理,制成60AT贝氏体钢轨,再加工成贝氏体道岔尖轨。通过对60 AT贝氏体钢轨以及异型钢轨性能的检验可知:60 AT贝氏体钢轨以及异型钢轨全断面抗拉强度、屈服强度和伸长率等均达到相关标准规定的要求,并且强韧性配合非常好;贝氏体道岔尖轨强韧性指标明显地优于珠光体道岔尖轨,同时不需要进行淬火处理,就可以保证全断面具有高且均匀的硬度。通过大秦线的铺设试验可知:贝氏体道岔尖轨无严重的剥离掉块等疲劳伤损;耐磨性能相比珠光体尖轨具有明显优势,使用寿命约为珠光体道岔尖轨的2倍。

U75V和U68CrCu钢轨钢早期腐蚀机理研究

采用扫描电镜观察和测量U75V和U68CrCu钢轨钢的珠光体片层间距,再将这2种钢轨钢的试样浸泡在浓度为0.05mol·L-1的NaHSO3溶液中,分别进行10,30和60min的早期腐蚀试验,采用原子力显微镜观察它们被腐蚀前后的表面立体形貌及表面粗糙度曲线,研究这2种钢轨钢的早期腐蚀机理。结果表明:与U75V钢轨钢相比,由于U68CrCu钢轨钢中添加微量Cu,Cr和Nb合金元素的原因,其珠光体片层间距明显减小且较均匀;在珠光体片层间距小而且均匀的U68CrCu钢轨钢的表面形成的微电池多,故容易发生均匀腐蚀,相反在片层间距大且不均匀的U75V钢轨钢的表面,因所形成的微电池相对少,故易发生点蚀,并且由于蚀坑的效应导致其腐蚀速度相应较快;珠光体钢容易被腐蚀主要与珠光体片层间距有关,若减少珠光体钢中渗碳体的总表面积,形成小阴极和大阳极,或有效阻隔铁素体相互间的联系,可降低珠光体钢的电化学腐蚀程度,这一试验结果否定了"相界面和晶界容易被腐蚀"的传统观点。

低温对结构钢材断裂韧度J_(IC)影响的试验研究

随着温度的降低,结构钢材的主要断裂韧度指标发生变化。在低温(20,-10,-30,-50,-70或-65℃)条件下,测定了3种主要结构钢材(Q235A,16Mn和15MnVq)4种厚度(12,24,36和48mm)试样的断裂韧度JIC。总的趋势为3种结构钢材的断裂韧度JIC随着温度下降或厚度增加而减小,断裂韧度JIC随温度和厚度的变化曲线均呈"S"型,分为上平台、转变区和下平台3部分。在上、下平台区域,断裂韧度JIC的变化比较缓慢;在转变区,断裂韧度JIC急剧下降。在某些情况下,上平台区域会出现断裂韧度JIC随温度降低或厚度增加而提高的现象。

PD3钢轨钢接触疲劳裂纹扩展行为研究

从滚动－滑动接触应力场出发，考虑残余应力和裂纹面间的摩擦力，对ＰＤ３钢轨钢提出了一个简单实用的接触疲劳裂纹扩展模型．计算结果表明，裂纹扩展的有效驱动力随残余压应力及裂纹面间摩擦力的增大而减小，实验结果与理论计算结果基本吻合．

加筋格宾挡墙动力特性分析及设计要点

通过室内拉拔试验研究了格宾网筋土作用特性,利用振动台试验研究了加筋格宾挡墙的动力特性,分析了它在地震荷载下的破坏现象及其动土压力分布规律,并找出其在地震荷载下的最不利部位,提出了加强措施;利用Geo-Studio软件建立人工耦合有限元数值模拟模型,对比分析了振动台试验及相同尺寸的有限元数值模拟模型,研究加筋格宾挡墙的动力特性;分别建立了4种相同尺寸的模型,研究加筋格宾挡墙体系在整体受力体系中格宾挡墙及墙后加筋的影响。

可动心轨辙叉长心轨跟端掉块原因分析及预防措施

为了查明可动心轨辙叉长心轨跟端掉块的原因,分析掉块位置的宏观形貌、金相组织、扫描电镜观形貌和能谱。结果表明:在中频感应加热过程中,由于温度过高,长心轨跟端轨肢与轨腰圆弧处过热,形成较深的脱碳层;在高温下,粗大的奥氏体晶粒区域形成硫化物组织,使晶界脆化,钢轨的塑性和冲击韧性明显降低。在锻压过程中,钢轨出现裂纹。在正火过程中,未能有效消除高温形成的硫化物。在后续加工过程中,由于外力的作用,裂纹向轨底和轨底角分别呈一定角度扩展,直至掉块脱落。据此提出相应预防措施。

重载铁路60 kg·m^(-1)贝氏体钢轨试验及应用

为开发适应重载铁路发展和应用的高强高韧高耐磨钢轨,在对60 kg·m^(-1)贝氏体钢轨进行试制的基础上,利用蔡司倒置式光学显微镜、透射电镜及静态液压万能试验机,对钢轨母材和焊接接头的组织性能进行检验,并对钢轨和道岔辙叉翼轨、尖轨进行试铺,系统分析强韧和耐磨性能。结果表明:60 kg·m^(-1)贝氏体钢轨的母材组织均匀,基体为无碳化物贝氏体,存在少量稳定残余奥氏体和M/A组织,硬度较高,耐磨性良好,具有良好的强韧性匹配;焊接接头组织均匀,性能良好;铺设在重载线路曲线段的贝氏体钢轨服役时间达48个月、通过总重近6亿吨时,其使用寿命比珠光体钢轨提高1倍以上,道岔辙叉翼轨和尖轨的使用寿命比U75V钢轨提高3~4倍,且均未出现重伤问题,贝氏体钢轨还具有较强的抗剥离掉块能力。

铁路用钢轨及其制造技术

总结分析了货运铁路和客运铁路用钢轨的典型成分体系与性能,阐述了铁路用钢轨在冶炼、连铸、热轧等制造流程中存在的关键技术问题,以及该技术在国内外的新进展,着重分析了万能轧制技术制造铁路用钢轨的特点及其关键技术。从成分体系开发、制造技术等方面分析了国内铁路用钢轨的生产现状及质量水平。

基于小样本数据的构件疲劳破坏全寿命区S—N曲线

针对传统S—N曲线在构件疲劳破坏全寿命区适用性不强的问题,采用单点试验法对闪光对焊连接的HRB400高强钢筋标准试件进行高周疲劳试验,得到一系列小样本数据;然后基于小样本数据研究并提出适用于构件疲劳破坏全寿命区的双对数双折线S—N曲线。利用提出的改进肖维奈准则对第1段折线的试验数据进行取舍,然后根据一元线性回归原理得到第1段折线的方程;基于三参数幂函数曲线得到第2段折线的斜率和升降法确定的疲劳强度,求得第2段折线的方程;将2段折线方程联立,得到适用于构件疲劳破坏全寿命区的双对数双折线S—N方程。在此基础上,进一步研究并提出考虑置信度和可靠度条件下适用于构件疲劳破坏全寿命区的双对数双折线S—N曲线的计算方法。

车轮钢Ⅱ型裂纹的疲劳及断裂试验研究

通过试验测定了车轮钢Ⅱ型裂纹的疲劳扩展速率、断裂韧性ＫⅡＣ和应力强度因子范围门槛值ΔＫｔｈ，绘制了ｄａｄＮ—ΔＫⅡ曲线，确定了Ｐａｒｉｓ公式，计算了轮辋裂纹的临界尺寸，根据轮辋裂纹的失效尺寸，计算了车轮的疲劳扩展寿命。为研究轮辋裂纹的扩展规律提供了重要的理论依据。

比例及非比例路径下16Mn钢的应力控制循环加载实验

应用MTS809系列电液(elec-hydrolic)伺服实验机及Teststar控制系统,对16Mn进行了应力控制的单轴及多轴非比例循环实验。研究了应力幅值大小及其历史对单轴及多轴棘轮效应的影响,结果表明,随着应力幅值的增加,棘轮应变增加,并逐步趋于稳定;同时,先前较大的应力幅值历史遏止了后继较小应力幅值下的棘轮效应。

碾压混凝土试件抗剪强度尺寸效应的数值模拟

碾压混凝土试件与混凝土试件一样也存在着尺寸效应。笔者采用随机骨料模型模拟碾压混凝土的细观结构,利用有限元方法数值模拟碾压混凝土试件受剪的细观损伤断裂,并重点对抗剪强度尺寸效应进行了研究。

磁声发射测量轨道钢试样的表面应力

运用三点弯曲法在试样表面形成应力，以模拟钢轨的受力状态．采用双电压、双中心频率的声发射探头的能量计数比值，可以显示出良好的应力相关性，并且建立了拉、压应力状态下的线性回归公式，为钢轨的应力检测提供依据．

秦沈客运专线钢轨的基本要求及国产化

就秦沈客运专线用钢轨的基本要求进行了论述,结合广深准高速和日本新干线铁路钢轨使用情况,对秦沈客运专线钢轨的选择提出了建议,介绍了目前国内这方面的工作进展,指出秦沈客运专线钢轨应立足本国并应加强钢轨的验收和检验。