高速铁路W1弹条脱碳层深度对疲劳试验结果影响试验研究

高速铁路扣件用W1弹条疲劳断裂原因复杂,大部分原因是原材料和生产制造过程产生的不合格,特别是对生产工艺的控制更加敏感,研究脱碳层深度对疲劳试验结果影响试验较少。为查明脱碳层对疲劳断裂的影响机理,选择两组不同的生产工艺,一组正常生产工艺,一组温度偏高,使弹条的脱碳层超出标准要求,两种状态的W1弹条开展疲劳试验对比分析,对疲劳断裂的一组W1弹条,通过硬度检测、化学成分、金相组织、力学性能、断口SEM和EDS分析、金相显微组织分析及断口分析等方法,对其疲劳断裂原因进行分析,结果表明:弹条失效的主要原因是断口位置脱碳层深度高于完整侧,由此造成该区域组织不均匀且性能不均,降低弹条的疲劳性能和使用寿命。

无砟轨道W1型弹条疲劳性能的试验研究

高速铁路弹条在实际工作中会承受反复多变的载荷作用,随着时间累积,弹条会发生疲劳断裂。为研究高速铁路弹条(W1型弹条)在载荷作用下的疲劳性能和疲劳寿命,将W1型弹条放置于MTS810伺服液压试验机上进行载荷分别为(25±7.5)kN、(25±10)kN、(25±12.5)kN 3种试验方案的疲劳试验,首先通过疲劳试验数据计算弹条的疲劳可靠度寿命和疲劳寿命,绘制W1型弹条在不同可靠度下的载荷与疲劳寿命(lgF_(a)-lg N)直线并对其进行线性拟合,根据不同可靠度的要求,可以计算和预测W1型弹条在3种试验方案下的疲劳寿命,然后对弹条断口进行电镜扫描分析,得出弹条断裂类型为韧性断裂。

高速铁路用W1型弹条几何参数优化研究

研究目的:弹条是轨道扣件系统的核心部件,其结构设计、性能分析、参数优化一直是研究人员探索的课题。本文以高速铁路用W1型弹条为对象,采用试验设计方法,研究其几何尺寸参数对弹条性能的影响规律及显著程度,并进行参数优化研究,对弹条设计具有一定意义。研究结论:(1)影响W1型弹条结构尺寸参数有11个,影响其服役性能最显著的5个参数分别是:弹程T、直径d、拱跨L0、展开图b2、展开图R2;(2)国内ω型弹条的主要变化在于增大弹程T、直径d和L0,福斯罗弹条更多的在于减小b2,增大R2,进一步提升了弹条性能;(3)通过响应面优化设计,在弹程T和直径d保持不变的前提下,弹条性能的最优条件:L0为80.12 mm,展开图R2为26.03 mm,展开图b2为32.79 mm。经计算校核,扣压力为10.049 kN,最大应力为1 298 MPa,优化指标W为0.156,扣压力增加,最大应力也增大了一些,但用料更省,优化指标增大,性能得到了提升,优于原有W1型弹条;(4)采用试验设计方法,通过参数的协调变化可以寻求满足弹条设计要求的最优参数组合;(5)该研究成果可为同类型弹条结构的优化设计提供借鉴。

W1型弹条扣压力与疲劳性能的试验研究

W1型扣件弹条是高速铁路无砟轨道常用的弹条之一,高速铁路弹条在实际工作时受到反复多变的荷载作用,其强度会逐渐变化并发生疲劳破坏。以W1型弹条为列,首先,将W1型弹条的原材料60Si2MnA弹簧钢加工成试验所需试件进行静力拉伸试验;其次,对W1型弹条进行应变电测试验测出弹条各部位的应力变化;最后,通过MTS810伺服液压试验机对W1型弹条施加三种不同的循环荷载工况,研究弹条在循环荷载作用下其扣压力和中端圆弧位移的变化规律。通过试验数据拟合出弹条中端圆弧位移和扣压力的函数方程式。结果表明:弹簧钢的屈服强度为1600 MPa,抗拉强度为1900 MPa。弹条内侧圆弧应力值最大也是最易断裂的位置和25 kN是弹条的最佳安装预压力,随着疲劳荷载的循环次数增加,弹条扣压力与中端圆弧位移呈反相关系,弹条在5、7.5、10 kN循环荷载作用下的疲劳寿命分别为82万、19万、7万次。

铁路W1型弹条疲劳断裂原因分析

铁路W1型弹条在进行疲劳试验过程中,当载荷循环约100万次时发生断裂。弹条材质为60Si2Mn,弹条表面进行渗锌处理,采用宏观检验、化学成分分析、硬度测试、微观检验的方法对弹条断裂原因进行分析。结果表明:弹条为疲劳断裂,疲劳源位于弹条表面与渗锌层交界处,断口位置基本位于弹条受疲劳交变载荷最大的区域,弹条在疲劳试验过程中受到弯扭组合应力作用,在渗锌层与弹条表面交界处萌生疲劳裂纹并扩展,最终发生疲劳断裂。

高速铁路用W1型弹条力学性能仿真测试

针对高速铁路用W1型弹条的力学性能,采用逆向工程及CAE技术,对W1型弹条处于静载荷下的力学性能进行仿真。首先由三坐标测量机获取W1型弹条三维数据,沿弹条路径方向由3点构建与路径方向垂直的截面圆,进而连接系列圆心获得弹条中心线,完成弹条的几何逆向建模;然后运用Ansys Workbench仿真测试多组螺栓预紧力工况下,W1型弹条的力学性能。得到如下结论:仿真测试得到最优螺栓预紧力为14 k N,此时扣压力10.2 k N,符合技术规范。该预紧力产生的最大应力为1 313 MPa,小于弹条的屈服强度1 600 MPa,且盈余量充足,有利于弹条长期稳定服役。但弹条的尾肢中部内侧为高应力集中区域,成为裂纹萌生扩展的敏感部位。

高速铁路W1型弹条疲劳性能试验及寿命预测

W1型弹条为高速铁路无砟轨道常用弹条之一,在其服役过程中,因受到周期性的拉、压、弯曲和扭转的复合载荷,故易产生疲劳破坏。为研究W1型弹条的疲劳性能,先后对其进行静力试验和疲劳性能试验,并分析预测了弹条的疲劳寿命,结果表明:弹条疲劳寿命及其离散性主要决定于应力幅值,在置信度和存活率不变时,随着应力幅值320 MPa降低到680 MPa,疲劳寿命降低了97%以上,离散程度下降了43%。通过回归方程对弹条疲劳寿命预测,得到弹条疲劳寿命与应力幅值的关系(X=16.2606-4.2017Y),可有效地预测弹条疲劳寿命。

高速铁路客运专线用W1型弹条生产工艺研究及应用

文章从弹条原材料的选用、生产工艺流程的选择和工艺参数优化着手,严格进行过程控制,生产出的高速铁路客运专线用W1型弹条具有高的弹性极限、屈服极限、疲劳极限和抗弹减性能,可以确保高速铁路轨道系统的安全性和可靠性。

W1型铁路弹条疲劳性能研究

对WJ-7型铁路弹条扣件系统中的W1型弹条在不同载荷幅值(7.5kN,10kN,12.5kN)下的疲劳性能进行实验研究,通过可靠性研究方法得到了包含存活率的P-F-N曲线(其中P为可靠度,F为弹条扣压力,N为循环次数),提出了不同可靠度的疲劳寿命方程。结果表明弹条扣压力随载荷循环次数衰减,扣压力衰减曲线呈三阶段变化,第二阶段占疲劳寿命的70%.且基本成线性。最后通过线性疲劳积累损伤理论建立了疲劳寿命预测模型,提出了采用微损实验来预测疲劳寿命的方法。