轮轨相互作用下钢轨焊接接头表面裂纹扩展分析

为了分析列车通过钢轨焊接接头时产生的轮轨动态冲击力对钢轨焊接接头表面裂纹扩展特性的影响，首先采用车辆-轨道耦合动力学数值模型计算轮轨垂向力，并建立带表面裂纹的轮轨接触有限元模型；然后将轮轨垂向力结果加载到有限元模型中分析其对裂纹扩展特性的影响。结果表明：在轮轨动态相互作用下，钢轨焊接接头处表面斜裂纹的扩展以剪切模式为主导，裂纹应力强度因子 KI 和应力强度因子范围ΔKII 随着列车速度的增大而增大；裂纹长度和裂纹面摩擦系数对应力强度因子范围ΔKII 影响较大，当裂纹长度从3mm 增加到10mm 时，其ΔKII 增大了204.2%，当裂纹面摩擦系数从0.1增加到0.6时，其ΔKII 减小了153.4%。