DC_4型数字超声列车车轴多波检测仪的研究

鉴于超声单波(回波)金属检测仪存在不能检测损伤大小和形状的问题,我们依据多波地震勘探的理论,对超声多波金属检测仪进行了研究,并对其特性、原理及与其配套的三分量换能器等进行了分析,取得了实质性突破。

圆弧砧结构尺寸对列车车轴成形质量影响

基于实测的50钢高温应力-应变曲线和热物性参数,建立了列车车轴圆弧砧快速锻造的DEFORM-3D有限元模型,并对车轴锻造过程进行了热力耦合模拟。基于毛坯成形过程中材料应力应变和金属流动模式研究,分析了砧子的结构尺寸对车轴成形质量的影响。从锻件的内部应力应变状态和表面缺陷等方面分析了圆弧砧有效工作面长度、预成型段与有效工作面过渡圆角及圆弧砧弧度对车轴成形质量的影响。进行了生产试制,验证了圆弧砧结构的合理性。

列车车轴表层和内部淬火残余应力的有限元模拟

对盐水淬火35CrMo钢车轴的组织场和应力场进行了有限元模拟,然后采用X射线衍射法和剥层法分别对车轴表层和内部的残余应力进行了测试,用以验证模拟结果。结果表明:车轴表层轴向残余应力有限元模拟结果与试验值误差约为15%,表层环向残余应力误差约为20%,符合欧洲EN 13261-2003标准;轴向和环向残余应力均随着距表层深度的增加逐渐减小。

轴箱布置方式对高速列车车轴承载性能的影响

通过建立轴箱内置和外置的高速列车车轴承载理论模型、有限元模型和车辆系统动力学模型,研究轴箱布置方式对车轴受力状态、应力分布和动荷载的影响。结果表明,轴箱内置的高速列车车轴所承受的最大合成弯矩仅为传统轴箱外置车轴的50%,充分挖掘了轴身的承载潜力,在实现轻量化设计方面有着独特的技术优势。与传统轴箱外置式车轴相比,轴箱内置的方式使得车轴的临界安全截面转移至轴颈两侧的过渡区域。轴箱内置式车轴轮轨垂向力的极限增减动力载荷明显低于传统轴箱外置式车轴,而轮轴横向力的极限增减动力载荷略高于传统轴箱外置式车轴,两者均有利于降低车轴所承受合成弯矩水平。综上得出轴箱内置车轴是一种在高速铁路领域极具应用潜力的新型铁路车轴结构。

回火温度对高速列车车轴用DZ2钢组织及性能的影响

通过光学显微镜、扫描电子显微镜以及拉伸试验和冲击试验等,探讨了回火温度对高速列车车轴用DZ2钢组织及性能的影响。结果表明:DZ2钢经850℃油淬后高温回火,组织均为回火马氏体。在600~675℃回火1 h的条件下,随着回火温度的升高,DZ2钢内部铁素体、合金渗碳体和MC相析出物逐渐增多,基体中固溶的C原子减少,DZ2钢的抗拉强度和屈服强度逐渐下降,延伸率、断面收缩率和冲击吸收能量逐渐上升,冲击断口均由韧窝组成。当回火温度高于625℃时,DZ2钢的抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率和冲击吸收能量均满足高速列车车轴用DZ2钢的性能要求(抗拉强度680~850 MPa,屈服强度≥450 MPa,断面延伸率≥18%,冲击吸收能量≥50 J)。

LZ50钢列车车轴表面开裂机理研究

采用光学金相、X射线能谱仪、扫描电子显微镜等手段对出现开裂的LZ50钢列车车轴整体及裂纹部位进行系统分析,发现轴表面裂纹源处存在许多腐蚀坑,坑内腐蚀产物含有Cl和O元素,坑底存在较多沿轴周向分布的微裂纹。结果表明,较强的腐蚀性物质使轴颈卸荷槽部位轴表面形成较深腐蚀坑,使该区域极易产生应力集中,从而引起车轴表面开裂。

高速列车车轴钢30NiCrMoV12的热变形行为

通过Φ250 mm锻件切取的试样在Gleeble-3500热模拟机于850~1 150℃以应变速率0.01~10s^(-1)对高速列车车轴钢30NiCrMoV12(/%:0.26C,0.33Si,0.62Mn,3.01Ni,0.82Cr,0.56Mo,0.10V)进行了热压缩试验。研究了车轴钢在热变形过程中奥氏体变形行为及再结晶规律,确定了车轴钢的热变形方程,建立应变量ε为0.5和0.9的热加工图。结果表明,在应变速率一定时,温度越高,变形量越大,则越有利于动态再结晶的发生;随着温度升高以及应变速率降低,能量耗散效率η逐渐升高;当真应变0.5,温度1 100℃,应变速率0.01 s^(-1)时,变形能量耗散效率达到最大值0.41。该车轴钢在1000~1150℃,应变速率0.01~1.0s^(-1)时,具有较好的可锻性。

列车车轴的热弹性振动分析

基于Euler-Bernoulli梁理论,并假设车轴轴向温度场为一维稳态导热问题,使用Hamilton原理推导出列车车轴的热弹性振动的运动方程,使用Rayleigh-Ritz法对方程进行离散处理,研究温度对车轴振动的影响,得到车轴的模态坐标值随时间的变换关系。研究表明,热源温度提高会增大列车车轴的热弹性振幅,需要对轴温进行准确、及时的测量,同时车轴在刹车过程中受到集中载荷的作用也会使列车的振动加剧。

实现列车轴温微机自动监测的方法

提出了实现列车轴温微机自动监测的一些方法，包括正确采集轴温信号的思路及相应的电路，热轴的模糊判别方法及其它应考虑的问题。

淬火工艺对高速列车车轴用DZ2钢组织性能的影响

采用OM、SEM、EBSD、室温拉伸试验和低温冲击试验,揭示了淬火工艺对高速列车车轴用DZ2钢组织和性能的影响。研究结果表明,经850℃两次淬火和650℃回火后,DZ2钢获得了最佳的力学性能。抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和-40℃冲击吸收能量分别为874 MPa、773 MPa、24%和222 J。该工艺条件下原始奥氏体晶粒、马氏体板条束和板条块最为细小,其尺寸分别为14.9、6.9和1.32μm,较经950℃淬火和650℃回火后的分别细化了14.3、5.2和0.35μm,可有效抑制裂纹的扩展,提高低温韧性,韧脆转变温度由-103℃显著降低至-136℃。

车轴表面缺陷位置晶体塑性本构模型及力学特性分析

为研究高速列车车轴疲劳裂纹萌生问题,基于滑移理论构建车轴钢材料体心立方晶体塑性本构方程,通过建立含缺陷的车轴试样晶体塑性有限元组合模型,从介观尺度研究了车轴钢材料上划痕缺陷位置的应力分布情况,并探索了缺陷位置微观变形演化规律。结果表明:模型缺陷位置应力呈梯度分布,相邻晶粒晶体取向的差异会造成应力集中,随着疲劳载荷的施加,累积塑性应变逐渐增强并形成较长的滑移带,这种较长滑移带会影响材料的疲劳行为,对疲劳裂纹的萌生起到诱导作用。

车轴加工基准定位对轴表面残余应力的影响分析

加工基准对车轴表面加工质量有一定影响,为了定量分析由于偏心切削造成的影响程度,从理论上对加工基准误差与加工后车轴表面残余应力的相对关系进行了分析,针对偏心切削对表面残余应力的影响规律进行了研究。设计了在不同偏心量下的切削加工试验,对切削后试件轴表面残余应力进行了测量,试验结果表明,偏心切削对表面残余应力存在一定影响,但是影响程度不是很大。

日本新干线高铁车轴疲劳性能研究

铁路车轴是最重要的安全部件，因为车轴断裂会直接导致列车脱轨。但是，医结构功能需要车轴必须具有压装轮座；由微动疲劳导致的车轴轮座损伤时有发生。因此，对新干线列车车轴实施了感应淬硬处理和压装部位形状优化。本文中建立并验证了采用断裂力学原理预测微动疲劳强度的方法。而且，在高于设计允许应力1．5倍的条件下对全尺寸感应淬硬车轴进行了疲劳试验，结果既未出现断裂也未发现磁粉缺陷。

模具对快速锻造液压机自由锻精度的影响

针对列车车轴在快速锻造液压机上锻造时出现的锻件精度问题 ,分析了问题出现的原因 ,用图示的方法揭示出问题所在 ,简单明了。同时给出了解决问题的方法 。

含缺陷的30NiCrMoV12车轴钢的多变量疲劳性能研究

车轴遭受异物冲击缺陷存在多种形式,其中棱角冲击对车轴疲劳性能影响较大,会加速车轴的失效。为研究棱角冲击缺陷对车轴疲劳极限的影响,针对30NiCrMoV12车轴钢,采用软件模拟与疲劳试验相结合的方法,借助ABAQUS对冲击缺陷区域进行应力场分析,对预制好的缺陷车轴试样进行疲劳试验,依据试验结果采用近似欧文单侧公差极限法拟合各试样组疲劳P-S-N曲线,得到相应的疲劳极限。根据各试样组的疲劳试验结果预测全尺寸车轴疲劳极限。考虑冲击缺陷深度的分散性,对缺陷深度和全尺寸车轴疲劳极限两参数进行拟合。最后基于EI-HADDAD公式,建立含棱角冲击缺陷的30NiCrMoV12车轴钢的多变量疲劳极限预测模型。采用该模型能够快速预估含不同尺寸棱角缺陷的全尺寸车轴疲劳极限。