文档介绍：劣参京交博士学位论文高速列车空心车轴表面裂纹应力强度因子研究户作者:张俊清导师:谢基龙北京交通大学教授月~
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’琶孙後增签字日期:吃夕辏拢日签字日期:劲//年名月/学位论文版权使用授权书授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特提供阅览服务,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得学位论文作者签名:导师签名:
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北京交通大学博士学位论文高速列车空心车轴表面裂纹应力强度因子研究作者姓名:张俊清导师姓名:谢基龙学位类别:工学学科专业:车辆工程称:教授学位级别:博士研究方向:结构强度月学号:职中图分类号:.学校代码:—篣密级:公开
一
致谢本论文是在导师谢基龙教授的悉心指导下完成的,从论文的选题、理论工作的研究直到论文的最终完成,谢老师都做了大量的、具体的指导工作。攻读博士期间,作者的每一点进步和论文的每一个细节都凝聚着导师的心血。几年来,导师无论在生活上还是在学习上都给予了我极大的关怀、帮助和支持。谢老师广博谦和儒雅的学者风范及精益求精、一丝不苟的工作精神,无不让我衷心钦服,同感谢试验室缪龙秀教授、孙守光教授、李强教授、刘志明教授所给予的多方感谢车辆工程博士点的周素霞博士、杨广雪博士、肖楠博士、赵怀瑞博士,宋占勋博士、朱宁博士,他们给了我很多帮助和支持,大家共同营造了一个和谐、积极和愉悦的学习和科研环境。‘另外要特别感谢我的家人,他们的爱和关心给了我无穷的力量,使我顺利的最后向评阅专家致以最真诚的谢意,感谢他们在百忙之中对本论文提出宝贵的学识、深厚的学术造诣、严谨的治学态度、宽以待人的品格、勇于开拓的精神、时也给我潜移默化的影响,将使我受益终身。在论文即将付梓之际,特向恩师致以最诚挚的谢意和最崇高的敬意。面的支持和帮助。各位老师渊博的知识、活跃的学术思想以及团结互助的精神将使我终生难忘。完成学业。意见。
中文摘要摘要:车轴是铁路机车车辆的关键承载部件,切轴断裂是铁路机车车辆重大倾覆事故最主要的原因之一,有很强隐蔽性和突然性。高速列车车轴的运用环境在车轴随机载荷下会萌生裂纹,并逐渐扩展到临界尺寸。因此,裂纹的扩展规律研究可以使我们深入探讨车轴的损伤容限问题,为车轴的检修周期提出更好的建议。本论文在国家钅俊陡咚倭谐蛋踩ǚ酃丶∥侍庋芯俊分С窒拢究高速列车空心轴表面裂纹应力强度因子在不同载荷工况下的发展变化规律,为科学评价车轴损伤容限提供依据。主要工作如下:⒉捎糜邢拊7ḿ扑阌αη慷纫蜃樱辛肆盐菩槟饫┱顾惴ǖ耐频迹诙维帜芰慷ㄒ宓幕∩希捎媚芰勘浞衷怼⒏窳侄ɡ硗频剂巳琂积分公式;通过裂纹虚拟扩展技术计算郑杂邢拊7治龅玫降奈灰坪陀αψ魑狫积分计算的输入量,在不考虑体积力和裂纹表面力的情况下,导出直泶锸剑⒏⒖悸浅抵岜砻嬉馔馑鹕说氖导是榭觯芯苛盐泼媲阈苯嵌榷钥招闹岜砻媪纹应力强度因子的影响。根据横向偏转和纵向偏转裂纹的实际情况,对空心轴表面缺陷进行分析,确定裂纹载荷条件,简化裂纹实体模型,计算出了不同相对裂纹深度和不同偏转角度下的强度因子。结果发现,无论是何种类型的应力强度因子,随着裂纹扩展深度的增加,应力强度因子都是增加的。而陀αη慷纫蜃拥值要远远大于相应的型和椭怠2⑶襂型应力强度因子的最大值是出现在没车轴表面裂纹在旋转弯曲载荷下的应力变化情况,提出用叠加方法求解裂纹前缘任意旋转角度下的应力强度因子方法,通过计算得到了不同旋转角度下的应力强度因子。⒎治隽顺抵崤ぷT睾刹脑诵泄た觯⒘顺抵崤ぷT睾上碌牧盐魄慷性,此时的扭转载荷不仅仅是产生了扭转剪应力,同时在裂纹前缘还产生了正应⒀芯苛送渑せ旌显睾上碌腎型应力强度因子变化规律。对于平直裂纹,形状比很小,由于扭转载荷的存在,裂纹前缘在最深点以外的应力强度因子比纯弯比较恶劣,车轴表面很可能受到异物高速冲击而引发不同程度的损伤,这种损伤出了有限元法计算值挠泄丶际酢有偏转时,也就是垂直于主应力方向。⒎治隽顺抵岬脑擞迷睾桑隽顺抵岜砻嫱淝αΦ募扑惴椒ǎ致哿因子模型,得到了三种模式应力强度因子。发现裂纹的存在影响了问题的轴对称力和横向剪应力,从而引起了裂纹前缘诱发变形。
时增加。而对于比较大的形状比裂纹,扭转载荷的影响不是很大。⒀芯苛寺种嵫棺肮浜锨砻媪盐频挠αη慷纫蜃颖浠榭觯⒂敕茄化趋于平缓。在弯矩方向与裂纹轴线垂直的位置,不同尺寸裂纹,均是有压装合时外侧裂纹的应力强度因子大于无配合时的相应值。过盈配合的存在,使得键词:高速列车:空心车轴;有限元;疲劳裂纹;裂纹扩展;应力强度因子:区裂纹进行比较发现,过盈配合的存在,使得轴横截面上拉应力侧的轴向应力触外侧裂纹前沿表面点的应力强度因子显著增加,这使得裂纹