表面强化车轴裂纹扩展及剩余寿命预测方法研究

作者：王超; 杨冰; 朱涛^*; 肖守讷; 阳光武; 范晓达

来源：机械工程学报, 2023, 59(14): 43-53.

• 表面强化车轴
• 疲劳裂纹扩展
• 残余应力
• 剩余寿命
• 检修周期

为了研究表面强化车轴的裂纹扩展行为，提出了基于裂纹扩展行为表征与探伤概率结合的剩余寿命预测方法。首先，基于线弹性有限元裂纹扩展方法，考虑车轴表面残余应力及裂纹扩展闭合效应，开展了表面强化车轴疲劳裂纹扩展行为研究；然后，研究了服役载荷对裂纹缺陷演化的影响，探索了不同初始深长比裂纹的扩展剩余寿命；最后，将剩余寿命曲线与无损检测检出概率结合，提出了基于裂纹检出状态的阶梯检修周期策略。分析结果表明：残余压应力对深度小于4 mm裂纹的扩展有显著抑制作用，基于NASGRO方程估算了不同初始深长比的裂纹扩展剩余寿命区间为10.5万～18.8万km，初始缺陷深长比越小，剩余寿命越短；基于动态的阶梯周期探伤策略实现了0.056 1%～0.007 84%的累积探伤失效概率用于指导维修周期优化。研究方法和结果为含缺陷表面强化车轴的剩余寿命评价及服役安全性运营维护提供有益参考。

• 单位
  牵引动力国家重点实验室; 西南交通大学