【摘 要】
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轨道扣件系统是将铁路轨道与轨道下部结构联结为一个整体的重要部件,而轨道扣件系统中的弹条紧固件依靠自身在锚固螺栓作用下产生的变形保证轨道在受到外力垂向、横向、纵向作用力时不发生位移。所以对扣件系统中弹条紧固件的研究十分重要。论文主要研究无砟轨道WJ-7型扣件系统中W1型弹条紧固件的疲劳断裂机理并对W1型弹条进行产品优化,提高其疲劳工作寿命。论文首先基于故障树原理分析方法将可能导致WJ-7型扣件系统发
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轨道扣件系统是将铁路轨道与轨道下部结构联结为一个整体的重要部件,而轨道扣件系统中的弹条紧固件依靠自身在锚固螺栓作用下产生的变形保证轨道在受到外力垂向、横向、纵向作用力时不发生位移。所以对扣件系统中弹条紧固件的研究十分重要。论文主要研究无砟轨道WJ-7型扣件系统中W1型弹条紧固件的疲劳断裂机理并对W1型弹条进行产品优化,提高其疲劳工作寿命。论文首先基于故障树原理分析方法将可能导致WJ-7型扣件系统发生失效故障的各项因素作为底事件,将扣件系统发生失效故障作为最不愿事件,结合逻辑门将顶事件与底事件联结,作出WJ-7型扣件系统障树模型,通过故障树模型写出顶事件与底事件之间的逻辑函数表达式,之后利用逻辑函数函数表达式和概率重要度公式可以计算出顶事件发生的概率和各项底事件的概率重要度,由此可以对系统各项底事件的概率重要程度可以进行风险等级大小的排序,发现扣件系统中W1型弹条紧固件的疲劳断裂对扣件系统断裂影响最大。之后便建立完整精细化的WJ-7型有限元扣件模型,重点分析W1型弹条紧固件在不同预压荷载下的力学性能变化。模拟得出W1型弹条在不同预压荷载下其Mises最大应力值均都出现在弹条后端圆弧靠内侧表面,且25.0k N预压荷载使弹条前直端扣压力和弹条中心圆圈位移分别达到9.42k N和13.88mm,达到WJ-7型扣件弹条现场安装规范的要求,说明弹条最佳的安装荷载是25.0k N。然后使用MTS810万能试验机对W1型弹条进行以25±5、±7.5、±10、±12.5k N四组循环位移荷载试验方案的疲劳试验。试验得出W1型弹条前直端扣压力则与弹条中心圆圈位移的变化趋势相反,它随着循环位移荷载的增大而减小;通过处理弹条疲劳试验数据,分析计算了弹条在不同可靠度下安全寿命预测值和对数安全寿命预测值;使用电子显微镜对W1型弹条断口进行宏观和微观扫描,发现W1型弹条断裂时其裂纹产生分为三个阶段,且W1型弹条的断裂形式为弯扭断裂。最后将原W1型实心弹条改变为中间挖空的空心弹条,并用有限元模拟出改良后的空心弹条其在25±5、±7.5、±10、±12.5k N四组循环位移荷载下疲劳寿命较原实心弹条有所提升,且弹条前直端扣压力和中心圆圈位移几乎没有衰减,依然满足安装规范要求。
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