西南交通大学Ao, Ni与吴圣川等：感应淬火碳钢S38C车轴梯度残余应力及疲劳寿命预测：实验与仿真
论论资讯 ｜ 2024-04-29 ｜
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International Journal of Fatigue
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Gradient residual stress and fatigue life prediction of induction hardened carbon steel S38C axles: Experiment and simulation
Qin T.; Hu F.; Xu P.; Zhang H.; Zhou L.; Ao N.; Su Y.; Shobu T.; Wu S.
Published：2024-08-01
DOI：10.1016/j.ijfatigue.2024.108336
研究背景
在当今社会，铁路运输一直是人们生活中不可或缺的一部分。然而，随着时间的推移，铁路车轴的疲劳寿命成为一个重要问题。现有的一些车轴在高频感应淬火后仍保留着深达数毫米的三轴残余应力梯度分布，这对车轴的疲劳结构完整性构成了严重威胁。
研究内容
一项最新研究发现，通过先进的中子衍射技术，首次测量了中碳钢S38C车轴内部的轴向、周向和径向梯度残余应变。研究采用SIGINI Fortran子程序从测量数据中重建了全局初始残余应力场。实验和模拟结果显示，在车轴表面以下约520兆帕（轴向）、710兆帕（周向）和40兆帕（径向）的残余应力得以保留。随后，研究通过断裂力学框架对S38C车轴的疲劳裂纹扩展行为进行了数值研究。计算结果清楚地表明，从车轴表面0-3毫米的深度处开始的压缩残余应力导致了较低的裂纹增长驱动力，只要裂纹深度小于3.7毫米，疲劳裂纹就不会扩展。
研究意义
这一研究的创新之处在于通过实验和模拟准确测量和表征全局梯度残余应力场，为优化这些表面强化铁路车轴中表面缺陷的无损检测（NDT）的里程间隔提供了重要参考。研究结果表明，从安全和经济角度来看，日常检查允许的最大缺陷尺寸是可以接受的。
这一研究为我们揭示了如何延长铁路车轴的使用寿命，为铁路运输的安全和可靠性提供了新的技术支持。
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