机械工程学报

作者：杨冰, 吕培锦, 黄勉, 徐艳晖, 肖守讷, 阳光武, 朱涛

单位：1. 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室 成都 610031;2. 比亚迪股份有限公司汽车新技术研究院 深圳 518118;3. 中车大同电力机车有限公司研究院 大同 037038

关键词：残余应力,车轴,裂纹扩展,旋转弯曲载荷,扩展有限元；

基金：国家自然科学基金(52375159)和四川省科技计划(2024NSFTD0011)资助项目

车轴是轨道交通车辆走行部的重要组成部件，其疲劳与断裂性能事关铁路运营安全。为提高车轴强度，特别是疲劳强度，通常会对车轴进行淬火、滚压、喷丸等表面强化处理，引入表层残余压应力，以提高车轴抗疲劳断裂性能。为探究表层残余应力对车轴裂纹扩展行为及疲劳寿命的影响，利用ABAQUS及其关联子程序，模拟强化工艺处理后引入的残余应力，并在轮轴过盈配合、旋转弯曲载荷共同作用下，通过扩展有限元法对裂纹萌生后的扩展行为进行表征，揭示过盈配合和残余应力对裂尖前缘应力强度因子、裂纹形貌演化、扩展速度变化的影响。同时，通过子程序模拟了车轴服役过程中主要承受的旋转弯曲载荷作用，裂纹扩展形貌演化过程与实际试验更加接近。对实际经过表面强化处理，受残余压应力影响的车轴截面，若仿真分析评估时不考虑残余应力影响，得到的结果可能偏离实际，过度保守。

来源：2025年第18期

《机械工程学报》期刊编辑部

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