疲劳裂纹扩展引起的钢轨表面剥离研究

钢轨表面疲劳裂纹扩展引起的剥离掉块是一种很常见的损伤形式。利用有限元模拟钢轨表面裂纹扩展,得到裂纹尖端的周向应力和应力强度因子。基于最大周向应力幅值判据,确定裂纹扩展方向,运用paris公式计算裂纹扩展速率,进而确定裂纹扩展路径。研究结果表明:高速列车裂纹扩展速率明显高于低速列车。高速列车钢轨经过6万多次车轮碾压表面剥离,剥离深度约为430μm;而低速列车钢轨经过16万多次车轮碾压表面剥离,剥离深度约为590μm。模拟的钢轨裂纹扩展路径和剥离掉块与现场服役钢轨的损伤形貌比较吻合,说明用最大周向应力幅值判据来确定钢轨疲劳裂纹扩展路径是可行的。钢轨表面剥离与疲劳裂纹扩展密切相关,建议对钢轨进行及时的打磨来预防钢轨的剥离。