【摘 要】
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随着我国科学技术与社会经济的快速发展,铁路运输业已步入高速、重载的全新阶段,铁道车辆相关结构安全与可靠性研究重要性更加突出。车轴作为车辆运行与承载的重要部件,在使用过程中主要承受多轴交变载荷,失效形式多为疲劳断裂,而短裂纹的萌生与扩展在失效过程的占比通常很高,因此开展多轴载荷作用下短裂纹的萌生与扩展研究,可为正确评估车轴安全性提供理论依据。本文以高速列车车轴常用材料EA4T钢为研究对象,开展EA4
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随着我国科学技术与社会经济的快速发展,铁路运输业已步入高速、重载的全新阶段,铁道车辆相关结构安全与可靠性研究重要性更加突出。车轴作为车辆运行与承载的重要部件,在使用过程中主要承受多轴交变载荷,失效形式多为疲劳断裂,而短裂纹的萌生与扩展在失效过程的占比通常很高,因此开展多轴载荷作用下短裂纹的萌生与扩展研究,可为正确评估车轴安全性提供理论依据。本文以高速列车车轴常用材料EA4T钢为研究对象,开展EA4T钢在不同拉扭加载路径下的疲劳短裂纹行为研究。1.完成了6种加载路径下的短裂纹复型试验。结果表明拉扭多轴载荷作用下,短裂纹主要萌生于回火索氏体晶界或块状铁素体内部,并在载荷作用下主要沿最大剪切面或垂直于试样轴向扩展。在扩展过程中,受晶界、夹杂物以及“带”状组织的阻碍,裂纹扩展率会发生多次降速;典型试样的试验结果分析表明,当主导有效短裂纹(DESFC)尺度低于临界尺度500μm时,裂纹尺度增长缓慢,短裂纹的萌生与扩展占整个疲劳寿命的70%～80%。2.对比6种加载路径,随着相位差的增加,材料开始产生非比例附加强化效应,使得疲劳寿命减小,短裂纹MSC阶段早期扩展率呈下降趋势,而MSC阶段后期以及进入PSC阶段后扩展率则呈增加趋势。断口分析表明,随着相位差的增加,断口愈加平整,裂纹源数量减少,扩展区擦伤痕迹面积增大,瞬断区韧窝数量减少。3.针对DESFC尺度、寿命分数两个典型特征参数,统计分析表明0°比例加载下,正态分布(ND)是描述二者的良好假设分布,而90°非比例加载下的良好假设分布为极小值分布(EMVD1)。4.基于包含多种微观组织障碍影响的短裂纹扩展率模型,对6种加载路径下的试验数据进行了拟合,拟合效果较好,预测曲线均能反映微观组织对短裂纹扩展的周期性影响。
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