[发明专利]模拟往复滚动荷载的结构疲劳试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构疲劳试验方法，尤其涉及一种模拟往复滚动荷载的结构疲劳试验方法。

背景技术

轨道结构和路面结构均为承受车轮滚动荷载的结构物，车轮的反复滚动作用将引起轨道结构和路面结构的疲劳损伤，如钢轨表面的滚动接触疲劳、公路路面接缝处的脱空等，钢轨材料在车轮的反复碾压下可能会产生塑性流动，从而造成剥离、掉块等疲劳损伤，影响钢轨的正常使用。混凝土路面由于接缝处不连续，车轮在其上滚动的过程中，路面接缝处的位移会高于其他部位，造成冲击，再加上雨水侵入后引起的冲刷作用，从而造成脱空，影响行车平稳性。因而需对滚动荷载作用下轨道或路面结构的疲劳特性进行研究。

滚动疲劳与一般的定点疲劳不同，滚动接触点区域存在较大的接触应力，包括法向应力和切向应力，接触应力超过材料的强度极限后，就会发生塑性变形，在具有一定速度的滚动荷载作用下，塑性变形在某个方向上累积，就会形成塑性流动，造成滚动接触疲劳。钢轨和车轮之间就存在着一种典型的滚动接触疲劳。轮轨滚动接触过程中,经过不同频率动载荷反复作用,将导致轮轨接触表面形成波浪形磨损、裂纹、剥落等疲劳破坏现象。这些疲劳破坏将会随时导致轮轨失效,危及行车安全。由于滚动疲劳具有一定的方向性，而采用一般的定点疲劳无法模拟出这样的效果。

在无砟轨道或公路路面各结构层之间，可能会出现一些层间损伤，主要包括层间粗糙界面上反复摩擦和挤压造成的损伤，也包括层间水在封闭环境下的水压力扩展损伤。该类伤损除与荷载大小、加载频率等有关外，与荷载移动速度也有很大关系，同样需要可模拟荷载移动效应的装置进行试验研究。

目前对于该类结构的疲劳特性可采用大型往复滚动试验平台或环向连续滚动试验平台进行。

鉴于此，在中国专利200920063519.9中提到一种变速变载变厚车辙试验机，在机架上设置有测试平台，测试平台上设有试件夹板。通过改变升降臂杆的长度，则能调节测试车轮与测试平台之间的高度；调速电动机运转，在偏心轴和连杆的带动下滑板在滑杆上做反复运动，带动测试车轮在试件上来回运动，当需要增加试验荷载时，只需要在荷载板上添加荷重，添加荷重的重量视试验而定。该实用新型虽然能模拟真实车轮在路面运动的状况，但是其结构结构复杂，成本高、加载频率低，使用完整轮胎，增加了仪器设备的高度，另一方面，若所模拟的车轮过大，则会因超高限制而无法模拟。

在中国专利201320129629.7中提到一种室内车轴试验仪，包括水平试验台、布设在水平试验台上的滚动支承装置、供试件安装且能带动试件在滚动支承装置上进行前后移动的水平滑移件、支撑高度可调的试验轮支架、底部支撑于试件上的试验轮和带动试验轮转动驱动电机，水平滑移件水平放置于滚动支承装置上；试验轮支架上设置有供试验轮的轮轴安装的车轮架；驱动电机的动力输出轴与轮轴之间通过传动机构进行传动连接，结构能模拟车辆驱动轮的真实行走状态。该实用新型虽然也能模拟真实车轮在路面运动的状况，但是其结构设计复杂，成本高、加载频率低；使用完整轮胎，增加了仪器设备的高度，另一方面，若所模拟的车轮过大，则会因为超高限制而无法模拟；同时，在试验时，车轮不能各个面均在路面碾压，可能会造成车轮磨耗不均甚至偏心。

在另一中国专利200910308447.4中提到一种室内小尺寸环形沥青路面结构车辙试验装置，试验过程是：先将待试验用的沥青混合料填充在环槽中并铺设于整个环槽内，并将位移计的锚头埋在沥青混合料内，同时保证试验用沥青路面与环槽的上端面齐平，将试验车的车轮与试验用沥青路面接触。通过电动机的输出轴和连接框架将电动机产生的扭矩转化为试验车做圆周运动的驱动力，以此带动整个装置运行。最后通过位移计测算出整个试验过程产生的绝对车辙，从而对路面的高温稳定性能做初步的评价。该发明虽然能模拟真实车轮在路面运动的状况，但其需要专用试验装置，这些试验装置结构复杂，成本高、加载频率低；使用完整轮胎，增加了仪器设备的高度，另一方面，若所模拟的车轮过大，则会因为超高限制而无法模拟；同时，车轮不能各个面均在路面碾压，可能会造成车轮磨耗不均甚至偏心，而室内小尺寸环形沥青路面结构车辙试验装置尺寸较小，无法模拟大半径或直行时的状态。

现有试验方法对无砟轨道的疲劳累积损伤研究具有积极的作用，可定量荷载大小和荷载作用次数的影响，却无法研究行车速度对轨道伤损的影响。随着我国高速铁路的快速发展，行车速度的影响越来越明显，列车行驶引起的弹性波在不同介质中的传播速度不同，不同介质间传播更是差别很大，对不同行驶速度列车的模拟显得越来越有必要。