摘要：采用X射线断层扫描技术测量钢轨轨距角–轨肩的滚动接触疲劳裂纹,通过裂纹平面化、尖端拟合和空间定位,重构真实裂纹的三维形态和空间位置;考虑裂纹尖端塑性区和磨耗的影响,提出基于三维重构的裂纹扩展预测方法。预测结果表明,X射线断层扫描技术可以得到真实裂纹的高精度形状和特征,实现钢轨轨距角–轨肩处近似平面状裂纹的三维建模。根据重载铁路典型的车辆和曲线轨道条件,预测裂纹在一定通过总重累积下的扩展情况,接触斑作用在裂纹上时引起的应力最大值集中在轨面及轨面以下垂直深度2~4 mm处,裂纹尖端及裂纹开口附近未出现应力集中;一、三位外轮和二、四位外轮引起的裂纹尖端节点的Von-Mises应力分别相近;当前轮与外轨发生两点接触时,前轮接触斑下方的裂纹尖端节点应力小于后轮引起的应力;预测的裂纹长度、深度与显微观测的实际裂纹接近,预测的裂纹沿钢轨纵向扩展的角度范围包含了显微观测的实际扩展角度。

关键词：钢轨 滚动接触疲劳裂纹 裂纹扩展 x射线断层扫描 重构 

单位：同济大学道路与交通工程教育部重点实验室