随着我国高速列车运行速度的不断提升,列车服役环境和运行工况也变得越来越恶劣,尤其关键部件的振动强度增加显著。齿轮箱作为保障高速列车安全运行的关键部件之一,其结构复杂,并且长期处于恶劣的振动环境中,极有可能出现裂纹故障,裂纹的产生和扩展将严重影响高速列车的安全运行。因此,本文开展了高速列车齿轮箱的裂纹扩展规律及特性分析研究,主要内容如下:(1)本文在ABAQUS软件中建立了高速列车齿轮箱三维有限元模型,并确定了齿轮箱容易发生裂纹扩展的关键位置。本文建立了高速列车齿轮箱三维有限元模型,并依据实际工况对齿轮箱施加边界条件,根据建立的模型提取了自由模态和约束模态下齿轮箱的模态参数,通过对约束模态下齿轮箱的模态进行分析,进一步确定了齿轮箱容易发生裂纹扩展的关键位置。(2)基于扩展有限元法在ABAQUS软件中提取出齿轮箱关键位置裂纹尖端的应力强度因子。研究了载荷大小、裂纹角度以及裂纹长度对齿轮箱应力强度因子的影响。结果表明:随着载荷的增加,应力强度因子也在不断增加;齿轮箱车轴孔附近的裂纹应力强度因子较大,裂纹角度为120°时裂纹最容易扩展;随着裂纹长度的增加,应力强度因子呈线性增加。(3)基于扩展有限元法研究了齿轮箱关键位置的裂纹扩展规律。基于扩展有限元法在齿轮箱的观察孔、观油孔和车轴孔附近建立了裂纹扩展模型,分析了横向载荷、垂向载荷和复合载荷下齿轮箱的裂纹扩展规律。结果表明:齿轮箱在横向载荷下,车轴孔处的裂纹最容易扩展。齿轮箱裂纹扩展初期等效应力增加值较大,裂纹扩展速率较慢,当裂纹扩展长度达到某一值后,裂纹开始迅速扩展,等效应力增加值变小。