Hertz理论与有限元法分析轮轨接触疲劳的差异性研究

来源：机械工程学报杂志2015年第6期北京时间：

作者：曹世豪, 李煦, 张四放, 文良华, 江晓禹

单位：西南交通大学力学与工程学院 成都 610031

摘要：采用Hertz理论和有限元分析软件ANSYS，对钢轨表面存在微裂纹的轮轨接触疲劳问题进行研究，在不同轴重和运行状态下，获得不同位置的裂纹尖端应力强度因子。结果表明，随着轴重的增加，应力强度因子KI增加，而KII的变化趋势因车轮运行状态的不同而不尽相同。摩擦力的存在，使得KI、KII明显增加，且明显改变KII的变化趋势；在无摩擦力时，KII所占KI的比例约为6%，纯滚动时，KII所占KI的比例达到将近20%，全滑动时，KII所占KI的比例接近50%，因此，对钢轨进行疲劳断裂机理分析时，KII 明显不可忽略。由于Hertz理论不考虑材料的塑性和轮轨间的摩擦力，使得Hertz理论分析轮轨接触疲劳时有适用范围小、计算结果偏大、误差累计等缺点，而有限元法是解决复杂轮轨接触疲劳问题更有效的方法。

关键词：ANSYS,Hertz理论,轮轨接触,摩擦力,疲劳裂纹,轴重；

基金资助：国家自然科学基金重点(U1134202/E050303)和四川省青年科技创新团队(2013TD0004)资助项目