鋼軌打磨對軌面疲勞裂紋擴展的影響

焦彬洋， 王軍平， 蔣俊， 馬德禮， 李應平， 吳朋朋

（中鐵物總運維科技有限公司，北京 100036）

0 引言

為系統探索鋼軌疲勞裂紋擴展機理，相關學者開展了大量有意義的研究。Erdogan等［4］根據最大周向應力理論，Palaniswamy 等［5］根據最大能量釋放率理論，對Ⅰ?Ⅱ型復合裂紋擴展行為進行了理論分析。Patel等［6］通過分析鋼軌磨耗損失量，提出了疲勞與磨耗耦合關系的鋼軌裂紋擴展壽命預測模型。曹世豪等［7］采用有限元法建立了含裂紋的鋼軌仿真計算模型，對裂紋尖端應力強度因子、裂紋擴展方向等因素進行了分析。馬曉川等［8］基于近場動力學理論，提出了鋼軌疲勞裂紋萌生的數值預測方法，實現鋼軌疲勞裂紋萌生壽命與位置預測。周宇等［9］引入輪軌接觸點在鋼軌上的分布概率，研究了軌道幾何不平順對裂紋萌生壽命的影響。李孝滔等［10］、昝曉東等［11］采用有限元法對車輪荷載作用下鋼軌裂紋擴展路徑進行了研究。目前針對鋼軌疲勞裂紋擴展機理的研究已較全面，鋼軌打磨條件下疲勞裂紋擴展機理的研究相對較少，分析探討還不夠深入。

結合我國鐵路運營現狀，基于經典的赫茲接觸理論和Paris 疲勞裂紋擴展理論，建立車輪荷載作用下鋼軌疲勞裂紋擴展預測有限元分析模型，主要研究打磨深度、初始裂紋擴展角度、裂紋界面摩擦系數等因素對鋼軌打磨后軌面疲勞裂紋擴展的影響。

1 循環載荷作用下疲勞裂紋擴展理論

在線彈性斷裂力學中，可以通過應力強度因子表征裂紋尖端應力場強度，進而反映疲勞裂紋的擴展情況。……