服役加工硬化后高锰钢辙叉心轨应力／应变场分析

本文建立由铁路辙叉和列车车轮组成的三维弹‐塑性有限元模型，研究高锰钢辙叉心轨的应力／应变场。文中考虑辙叉心轨在顶宽50 m m处的两种服役状态———服役前期未发生加工硬化和服役后期发生加工硬化，分析加工硬化对心轨应力／应变大小和分布的影响。对服役加工硬化的情况，考虑到距离工作表面不同深度处辙叉材料性能的不同，将心轨局部模型分层，并设置各层的材料性能；对未发生加工硬化的情况，为模型设置均匀的材料性能。结果表明，两种服役状态下辙叉心轨的von Mises应力和等效塑性应变均随深度的增加先快速增大，然后逐渐减小；与服役初期相比，服役后期心轨的最大等效应力增大约23％，最大等效塑性应变则降低约40％；塑性变形区域也明显减小，这是由于心轨在服役加工硬化后屈服强度已大幅提高。因此，在很大程度上，服役后期的加工硬化起着抑制心轨顶面塌陷和飞边形成的作用。此外，与未加工硬化心轨相比，加工硬化后心轨的最大等效应变与工作表面的距离由0.8 mm增大到了1.5 mm ，这表明易产生裂纹的位置有远离心轨表面的趋势。