• ISSN 0258-2724
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外物损伤对25CrMo4合金车轴钢疲劳性能的影响

吴圣川 徐忠伟 康国政 何卫锋 戴光泽

吴圣川, 徐忠伟, 康国政, 何卫锋, 戴光泽. 外物损伤对25CrMo4合金车轴钢疲劳性能的影响[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(3): 658-663. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180308
引用本文: 吴圣川, 徐忠伟, 康国政, 何卫锋, 戴光泽. 外物损伤对25CrMo4合金车轴钢疲劳性能的影响[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(3): 658-663. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180308
WU Shengchuan, XU Zhongwei, KANG Guozheng, HE Weifeng, DAI guangze. Influences of Foreign Object Damage on Fatigue Strength of 25CrMo4 Axle Alloy Steel[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 658-663. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180308
Citation: WU Shengchuan, XU Zhongwei, KANG Guozheng, HE Weifeng, DAI guangze. Influences of Foreign Object Damage on Fatigue Strength of 25CrMo4 Axle Alloy Steel[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 658-663. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180308

外物损伤对25CrMo4合金车轴钢疲劳性能的影响

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180308
基金项目: 国家自然科学基金(11572267);西南交通大学牵引动力重点试验室开放课题(2018TPL_T03);中国铁路总公司科技研究开发计划项目(系统性重大课题,SV2016-KF-21)
详细信息
    通讯作者:

    吴圣川(1979—),男,研究员,研究方向结构疲劳断裂可靠性及损伤演化原位成像,E-mail:wusc@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: V221.3

Influences of Foreign Object Damage on Fatigue Strength of 25CrMo4 Axle Alloy Steel

  • 摘要: 为研究外物损伤(FOD)与25CrMo4钢疲劳性能的关联,采用空气炮装置开展高铁车轴钢试样的FOD模拟试验. 首先于试样表面预制FOD缺陷;其次,通过旋转弯曲疲劳试验获得光滑试样和含FOD试样的应力-疲劳寿命(S-N)曲线;同时,基于有限元方法估算不同缺陷试样的应力集中系数,结合Peterson公式预测疲劳缺口系数(FNC)和疲劳极限. 研究结果表明:FOD车轴钢试样的疲劳性能明显低于光滑试样,冲击速度越高,疲劳性能越低;其中边缺陷的疲劳缺口系数最大为1.52,面缺陷最小,约为1.14,但疲劳寿命分散性较大;与试验结果相比,仿真模拟和理论计算可获得更低(偏于保守)的疲劳强度估算值.

     

  • 图 1  高速铁路车轴表面缺陷分布

    Figure 1.  Surface defect region over high-speed railway axles

    图 2  铁路车轴异物击伤缺陷深度、宽度

    Figure 2.  FOD depth and width of railway axles

    图 3  试样制取及使用

    Figure 3.  Preparation and use of specimens

    图 4  试验装置及合金车轴钢外物损伤

    Figure 4.  FOD simulations of alloy axle steel

    图 5  合金车轴钢FOD试样疲劳S-N曲线

    Figure 5.  Fatigue S-N curve of alloy steel axle FOD specimen

    图 6  加载前后FOD形貌特征

    Figure 6.  FOD morphology after loading

    图 7  缺陷建模及加载方式

    Figure 7.  Defect modeling and loading mode

    图 8  3种缺陷试样的应力集中系数以及疲劳缺口系数

    Figure 8.  Kt and Kf of three defect samples

    表  1  外物GCr15钢的力学性能

    Table  1.   Mechanical properties of GCr15 steel

    材质弹性模量/GPa泊松比密度/(kg•m−3硬度 /HRC
    GCr152190.37 83061~65
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    表  2  冲击缺陷的辨识与表征

    Table  2.   Identification and characterization of impact defects

    类型v /(m•s−1d /mmA /mm2r /mm
    角缺陷 138 0.46 0.23 0.06
    100 0.44 0.21
    边缺陷 138 0.30 0.31 0.03
    100 0.23 0.21
    面缺陷 138 0.18 0.12 0.05
    100 0.17 0.11
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    表  3  缺陷处的KtqKf

    Table  3.   KtqKf of defect

    类型KtqKf
    角缺陷 2.91 0.24 1.45
    边缺陷 4.61 0.14 1.52
    面缺陷 1.65 0.22 1.14
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    表  4  冲击速度138 m/s下疲劳极限估计值

    Table  4.   Estimated fatigue limit at 138 m/s MPa

    缺陷类型估算值试验值
    角缺陷 254 296
    边缺陷 243 257
    面缺陷 322 338
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-20
  • 修回日期:  2018-07-09
  • 网络出版日期:  2018-07-28
  • 刊出日期:  2020-06-01

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