摘要
随着高速动车组运行速度的不断提升，车辆运行环境逐渐复杂。车轴作为重要部件，它的可靠性直接关系到列车运行安全。车轴运行过程中容易造成刮擦、磕碰等而产生缺陷，为此，本文在轴身中部预制初始裂纹，研究其裂纹尖端的应力强度因子随裂纹深度的变化规律，计算车轴疲劳剩余寿命，确定损伤容限。 首先，利用ANSYS有限元软件对轮对进行强度分析，在EN13104-2001加载标准和UIC510-5-1993标准规定的载荷工况下，研究了车轴和车轮的承载强度，进行了轮座处施加固定约束与弹性约束对比;完成了轮对压装仿真，分析得到了不同过盈量、不同摩擦系数时对应的轮对压装曲线;并进行了轮对模态分析和谐响应分析。研究结果表明，无缺陷时，车轴静强度和动刚度均满足相关标准要求。 然后，考虑到空心车轴中心孔对裂纹尖端应力的影响，在实心圆柱体表面裂纹应力强度因子的计算公式的基础上引入了厚度矫正系数，得到表面裂纹应力强度因子的解析表达式求得解析解。通过FRANC3D软件在车轴有限元模型表面预制不同深度、不同形状比半椭圆裂纹，选择裂纹扩展模型，设置扩展参数，通过仿真求得空心车轴表面裂纹不断扩展时裂纹尖端应力强度因子的有限元解。 最后，基于实测数据，通过Miner法则经过推导和运算获得了车轴等效应力大小，通过Paris公式和表面裂纹应力强度因子公式，计算车轴的临界裂纹，估算车轴的剩余寿命，确定车轴损伤容限。建立应力—强度干涉模型，通过分别改变等效应力与断裂韧性变异系数方法对在极限裂纹尺寸与考虑裂纹扩展随机特征两种情况下车轴运行可靠性进行初步评估。
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