重載鐵路鋼軌焊縫不平順對(duì)扣件彈條動(dòng)態(tài)應(yīng)力的影響分析.pdf

1、鋼軌扣件是軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其作用是固定鋼軌正確位置，阻止鋼軌橫向、縱向位移，承受和傳遞列車縱向、垂向及橫向作用力，并給軌道提供一定的彈性。近年來，貨運(yùn)列車軸重、行車密度、行車速度以及牽引總重量不斷提升，鐵路線路荷載條件越來越惡劣，導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)損傷和破壞問題更加突出。其中，鋼軌焊縫不平順引起的扣件彈條疲勞損傷甚至折斷現(xiàn)象較為普遍。在此背景下，本文針對(duì)重載鐵路上廣泛使用的彈條Ⅱ型扣件，綜合運(yùn)用有限元法和車輛—軌道耦合動(dòng)力學(xué)方法，開展

2、了彈條動(dòng)應(yīng)力與疲勞壽命分析。
　　采用非線性接觸理論，建立包括平墊圈、彈條、軌距擋塊以及擋板座的詳細(xì)有限元分析模型。利用該模型研究了扣件彈條在不同螺栓預(yù)壓力作用下的力學(xué)性能，重點(diǎn)分析了扣件系統(tǒng)安裝到位后彈條表面等效應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力處橫截面的應(yīng)力變化情況。結(jié)果表明，當(dāng)螺栓預(yù)壓力達(dá)到25kN時(shí)扣件系統(tǒng)安裝到位，彈條扣壓力為10.2kN、彈程為10.7mm，符合彈條Ⅱ型扣件設(shè)計(jì)的要求;在彈條后彎肢處深度約為0.4mm的表層發(fā)生了輕微

3、塑性屈服，這與工程實(shí)際基本一致，表明本文建立的有限元分析模型能夠較準(zhǔn)確地模擬扣件彈條應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。
　　運(yùn)用車輛軌道—耦合動(dòng)力學(xué)理論方法計(jì)算得到焊縫不平順激擾下扣件系統(tǒng)動(dòng)荷載，分析了扣件彈條動(dòng)態(tài)應(yīng)力和垂向振動(dòng)位移響應(yīng)。結(jié)果表明，在理想平順線路條件下，車速對(duì)彈條動(dòng)態(tài)應(yīng)力及垂向振動(dòng)位移基本沒有影響，其變化幅值的大小主要由軸重決定;當(dāng)存在焊縫不平順時(shí)，彈條動(dòng)態(tài)應(yīng)力和垂向振動(dòng)位移幅值均隨軸重和車速的提高而增大;輪對(duì)通過焊縫不平順?biāo)查g，彈條

4、等效應(yīng)力和垂向振動(dòng)位移隨軸重變化不大，隨車速提高快速增大。在相同波深條件下，彈條等效應(yīng)力和垂向振動(dòng)位移幅值以及突變值隨波長(zhǎng)減小呈快速增大，特別是當(dāng)波長(zhǎng)小于0.2m以后，彈條動(dòng)力響應(yīng)急劇增大;在相同波長(zhǎng)條件下，彈條等效應(yīng)力和垂向振動(dòng)位移變化幅值以及輪對(duì)通過焊縫不平順?biāo)查g的突變值均隨波深增加呈線性增大。
　　基于扣件彈條靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果，分析了扣件彈條在恒幅載荷和焊縫不平順激擾下的疲勞壽命。結(jié)果表明，在疲勞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)給出的載荷工況