基于ANSYS的轮轨接触疲劳分析

曹世豪，李 煦，文良华，江晓禹

(1.西南交通大学 高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川 成都 610031；2.西南交通大学 力学与工程学院，四川 成都 610031)



基于ANSYS的轮轨接触疲劳分析

曹世豪1，李 煦2，文良华2，江晓禹2

(1.西南交通大学 高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川 成都 610031；2.西南交通大学 力学与工程学院，四川 成都 610031)

通过分析ANSYS求解断裂参数K因子的原理位移外推法，并比较ANSYS仿真计算与断裂力学的解析解结果，表明ANSYS计算K因子的精确度可以达到99.9%。对钢轨表面存在裂纹的轮轨接触疲劳问题进行研究，在不同裂纹角度下，获得不同位置的裂纹尖端应力强度因子。结果表明：随着裂纹角度的增加，应力强度因子KI增加而KII减小；在裂纹角度比较小时，裂纹以滑开型破坏为主，随着裂纹角度的增加，其破坏形式向张开型破坏转变；疲劳裂纹最危险的位置发生在接触斑边缘位置，在钢轨养护时，应选用固体润滑剂。

机车工程；位移外推法；轮轨接触；疲劳裂纹；角度

轮轨接触疲劳是指轮轨接触过程中，在接触区，由于车轮对钢轨的循环力作用，使得钢轨表面或次表面形成微裂纹，随后微裂纹扩展，导致钢轨表面大块剥离，甚至发生断裂[1]。世界各国对轮轨接触疲劳进行了大量的分析研究，对轮轨滚动接触疲劳的产生机理说法不一。

M. C. Dubourg等[2-3]认为，过载或者重载是造成这些部位裂纹形成的原因，而进一步的研究表明剪切应力在裂纹的形成上起到了很大作用。江晓禹等[4-6]认为，对于有表面微观粗糙度的轮轨接触区，钢轨表面存在严重的压应力和较大的残余拉应力，这些残余拉应力可能是造成钢轨表面微观裂纹形成或扩展的重要因素；……