基于主应力法和修正的Crossland疲劳准则的动车组车轮疲劳强度评定方法.pdfVIP

第 35卷 ，第2期 中 国 铁 道 科 学 CHINA RAILWAY SCIENCE Vo1．35 No．2 2014年 3月 M arch，2014 文章编号：lOOl一4632 (2014)02—0052—06 基于主应力法和修正的Crossland疲劳准则的 动车组车轮疲劳强度评定方法 张澎湃 。，刘金朝。，张 斌 ，付秀琴 ，张 弘 ，丛 韬 (1．中国铁道科学研究院金属及化学研究所 ，北京 100081； 2．中国铁道科学研究院研修学院，北京 100081； 3．中国铁道科学研究院基础设施检测研究所，北京 100081) 摘 要：以全尺寸车轮的弯曲疲劳极限表征疲劳强度极限状态，改变传统主应力法通过尺寸系数和表面加 工系数修正小试样疲劳强度计算结果的做法，从而避免系数取值中主观因素对疲劳强度评定结果的影响；以全 尺寸车轮的弯曲疲劳极限替代全尺寸车轮辐板的对称扭转疲劳极限作为判定依据，修正Crossland疲劳准则，并 类比Sines疲劳准则，确定准则中应力张量第 1应力不变量最大值的系数；以CRH系列动车组中的轴对称车轮 和非轴对称车轮为评定对象，对给出的主应力法和修正的Crossland疲劳准则的适用性进行仿真分析，并与用最 大剪应变准则和Brown-Miller准则评定的结果进行对比。结果表明：主应力法适用于轴对称车轮和非轴对称车 轮2种车轮的疲劳强度评定，修正的Crossland疲劳准则仅适用于非轴对称车轮的疲劳强度评定 ；若非轴对称车 轮的辐板孔边处疲劳强度安全系数区间为 (1．0，1．1)时，如果用主应力法评定，还须采用修正的Crossland疲 劳准则进行补充校核，以保证动车组车轮的运用安全。 关键词：动车组；车轮；疲劳强度；评定；主应力法；Crossland疲劳准则 中图分类号：U270．331．1 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1001—4632．2014．02．09 车轮是保证车辆动力学性能和列车行车安全的 能确定轮轨力载荷，算法过于复杂，使用不方便； 关键部件。与货车和中低速客车相比，动车组车轮 最大剪应变准则和 Brown-Miller准则在学术界认 转速快，垂向冲击振动剧烈，容易出现运用问题， 可度较高，可有效分析疲劳问题 8【]，但算法复杂、 因此对其安全性能要求更加严格。动车组车轮在投 不利于工程应用；标准 UIC510—5—2O07l。在动车 入运营前必须评定其疲劳强度，以确保服役品质和 组车轮疲劳强度评定中应用较广，该标准分别针对 可靠性 。 不含辐板孔的轴对称车轮和带有辐板孔的非轴对称 现有的车轮疲劳强度评定方法主要有主应变准 车轮规定了评定方法，其中：轴对称车轮以主应力 则l1、Sines疲劳准则_2--、vonMises疲劳准则_3]、 方向上的正应力变化量为评定判据，但没有考虑平 最大剪应变准则[、Brown—Miller准则_5]和 Cross— 均应力的影响，且 由疲劳理论[7,107可知该方法可能 land疲劳准则E67等。主应变准则适用于脆性材料， 偏于风险；非轴对称车轮采用 Crossland疲劳准则 但对于塑性材料 (如车轮辐板)寿命的评估偏于风 评定，但该准则存在 2个问题：①采用对称扭转疲 险；标准 AAR 669—2O11[中的评定方法选用 劳极限表征车轮强度极限状态，这与车轮辐板以旋 Sines疲劳准则，但该标准主要适用于货车和中低 转弯曲为主的受力状态不符；②该准则的关键参 速客车；标准GOST32．83 1997[：j]中的评定方法 数一一对称扭转疲劳极