制动方式对机车轮残余应力的影响

摘要

以新制外径1 066 mm机车轮和磨耗到限机车轮(磨耗轮)为研究对象,使用ANSYS有限元软件建立二维弹塑性模型,对车轮制造态残余应力进行分析;使用X射线衍射法实测车轮辐板圆弧段残余应力且与模型计算结果进行比较,验证模型的有效性;在此基础上,模拟分析新轮和磨耗轮在正常制动及异常制动后的残余应力分布,评估服役过程中车轮的疲劳状态。结果表明:除去车轮辐板机加工的影响,辐板圆弧段残余应力分布的有限元计算与实测结果趋势一致,验证了有限元模型的合理性;新轮在不同制动工况下,残余应力均未发生变化;磨耗轮在制动过程中发生塑性变形,车轮残余应力发生显著变化,塑性变形区域的径向和周向残余应力变为拉应力,且大于原始制造态残余应力;制动过程中随热输入的增大,磨耗轮踏面的周向残余拉应力区域增大,辐板的径向残余压应力增大。因此在车轮服役后期需定期对其踏面进行检修,防止因制动带来踏面裂纹。

关键词

机车轮 / 残余应力 / 制动方式 / 有限元法