U71Mn轨钢低周疲劳寿命的研究 (1992年)

通过时U71Mn轨钢材抖低周疲劳的试验,建立了Manson-Coffin关系式,从而为估算U71Mn轨钢的低周疲劳寿命提供了依据,并根据尖锐缺口裂纹萌生的常规试验,提出了反映尖锐缺口曲率影响的弹塑性疲劳缺口系数KPr,据此建立了KPs与缺口裂纹萌生寿命N1的关系。用这种方法同样可以预测材料的低周疲劳寿命。计算表明,两种方法的计算误差在10％以内。 在工程领域，材料的疲劳寿命预测是一个关键问题，尤其是在承受循环载荷的铁路钢轨等关键结构件中。U71Mn钢轨作为广泛应用于铁路轨道的材料之一，其低周疲劳性能直接关系到铁路的安全运营。在1992年的研究《U71Mn轨钢低周疲劳寿命的研究》中，研究人员通过一系列实验与理论分析，为估算U71Mn钢轨的疲劳寿命提供了科学方法，并提出了一种弹塑性疲劳缺口系数，从而进一步完善了对U71Mn轨钢低周疲劳寿命的预测。 在论文中，首先通过低周疲劳试验，研究人员确定了U71Mn轨钢的Manson-Coffin关系式，这是疲劳寿命估算的基础。Manson-Coffin关系式描述了材料的应力幅和疲劳寿命之间的关系。在实际的铁路钢轨应用中，低周疲劳通常由于大应变幅载荷的反复作用而产生，其累积效应可能导致疲劳裂纹的产生。对于钢轨而言，疲劳裂纹的出现会严重影响其使用寿命和行车安全。 在实验中，研究人员进行了循环应力-应变曲线的测量，观察到U71Mn轨钢在反复载荷作用下表现出的轻微循环硬化特性。循环硬化是材料在循环载荷作用下，应力-应变曲线逐渐向硬化方向移动的现象。通过对不同应变幅值的试样进行加载，研究人员得到了U71Mn轨钢的循环应力-应变曲线，并通过Ramberg-Osgood公式对曲线进行了拟合，这一公式是描述材料在循环加载下非线性行为的常用数学模型。 为了更深入地理解尖锐缺口对疲劳寿命的影响，论文中还提出了弹塑性疲劳缺口系数KPr的概念。在工程实践中，缺口或裂纹的存在常常会导致局部应力集中，从而加速疲劳裂纹的形成。KPr系数的引入是为了量化缺口对疲劳寿命的影响。通过将KPr与缺口裂纹萌生寿命N1关联起来，研究人员能够建立一个模型，以预测在不进行实际低周疲劳试验的情况下，材料的疲劳寿命。 研究结果表明，采用Manson-Coffin关系式和KPr模型计算的疲劳寿命与实验数据的误差均在10%以内，这表明这两种方法具有较高的预测精度。这对于U71Mn轨钢的生产制造、轨道强度分析、疲劳寿命评估及线路维护工作具有重要的指导意义，有助于提升铁路轨道的结构安全性和可靠性。 这篇论文通过实验与理论相结合的方法，不仅为评估U71Mn轨钢的低周疲劳寿命提供了理论工具，而且为相关领域的疲劳研究和应用提供了宝贵的技术支持。其研究成果不仅限于铁路钢轨材料的疲劳分析，也可推广至其他承受高应变幅载荷的工程结构材料，为这类材料的疲劳寿命预测提供重要的参考价值。这项研究为铁路工程领域提供了重要的理论依据，有助于推动铁路安全技术的进步。