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摘要
为分析轮轨非稳态载荷与钢轨疲劳裂纹萌生的关系，利用有限元法建立二维轮轨非稳态循环滚动接触有限元模型。非稳态以移动法向载荷随时间简谐变化实现，采用考虑棘轮效应的JIANG-SEHITOGLU循环塑性本构模型，计算不同轮轨循环接触状态下的残余应力、应变场，结合多轴疲劳损伤模型，分析钢轨疲劳启裂寿命、位置和方向。计算结果表明，轮轨非稳态循环滚动会引起钢轨接触表面波浪形塑性变形，其波长与载荷压力波长一致。随着循环滚动次数累加，残余应力和剪切应变在钢轨表面变形的波峰和波谷处逐渐增大，并在滚动次数达到40次后趋于稳定，且在波谷处大于波峰处；在钢轨表层产生的轴向残余应力大于纵向。轮轨蠕滑率对钢轨轴向和纵向残余应力影响较小，对残余剪切应变影响较大。车轮单次滚动过于低估残余应力应变和疲劳寿命；考虑车轮循环滚动时，轮轨接触斑全滑动时的钢轨启裂寿命为纯滚动时的4.5倍；波谷位置处的钢轨启裂寿命为波峰位置处的1.4倍。
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单位牵引动力国家重点实验室; 西南交通大学
