【摘 要】
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高速列车是高速铁路中重要的运载工具,其设计方面考虑的问题有很多,尤其是车辆结构的安全性、稳定性、可靠性等问题。而齿轮箱作为高速列车走行部的一个重要组成部分,其服役环境较为恶劣,在服役过程中有疲劳裂纹萌生的情况发生,严重威胁了人们的生命和财产安全。本文分析了高速列车齿轮箱在运行过程中箱体疲劳裂纹的萌生情况,并且提出了孔隙有效半径（r）除以孔洞至自由表面距离（L）的耦合系数f来描述孔径与孔位的耦合行为
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高速列车是高速铁路中重要的运载工具,其设计方面考虑的问题有很多,尤其是车辆结构的安全性、稳定性、可靠性等问题。而齿轮箱作为高速列车走行部的一个重要组成部分,其服役环境较为恶劣,在服役过程中有疲劳裂纹萌生的情况发生,严重威胁了人们的生命和财产安全。本文分析了高速列车齿轮箱在运行过程中箱体疲劳裂纹的萌生情况,并且提出了孔隙有效半径（r）除以孔洞至自由表面距离（L）的耦合系数f来描述孔径与孔位的耦合行为,耦合系数综合考虑了孔隙的大小和位置对材料疲劳性能的影响,可用于预测高速铁路齿轮箱材料的失效位置。利用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）、电子背散射衍射（EBSD）,X射线衍射（XRD）物相分析法,测定铸铝齿轮箱的成分、二次相颗粒的成分、纵横比以及尺寸分布,同时利用同步辐射X射线显微断层摄影术（CT）扫描测试了典型的原位疲劳试样,分析了缩孔的位置、尺寸、圆整度以及纵横比对疲劳裂纹扩展的影响。论文主要研究内容包括:（1）齿轮箱材料是从一个行驶了约120万公里的高速铁路齿轮箱中切割下来的,通过电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）、电子背散射衍射（EBSD）、X射线衍射（XRD）物相分析法等检测方法分析,发现齿轮箱材料中包含Al基体、共晶Si、Mg2Si以及富Fe颗粒,且二次相颗粒主要由1-4μm的第二相颗粒组成。（2）采用同步辐射X射线断层扫描技术对试样进行了扫描,一共扫描了三组试样。对三维重构图、三维渲染图以及统计数据进行观察分析可知,孔隙的几何特征以及椭球孔隙的取向与齿轮箱的孔隙大小和孔隙位置相比,对疲劳裂纹扩展的影响并不显著,而疲劳裂纹扩展速率与耦合系数呈近似线性的关系,通过计算孔隙的耦合因子,可以预测导致最终失效的疲劳裂纹的孔隙。（3）通过实验获得仿真时需要的材料参数,通过有限元建模仿真,分析了当产生相同应力集中系数时,孔隙的最大半径与孔隙的偏差深度的关系。
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