车轮作为轮轨车辆的关键部件之一，其疲劳可靠性关系到列车安全行驶。由于轨道不平顺和机车车辆曲线、道岔通过等各种复杂运行工况，车轮受到轮轨随机载荷作用；另外作为一个旋转部件，车轮各部位同时受到周期性载荷作用。车轮受到疲劳载荷作用而导致材料疲劳损伤和破坏，需要对车轮进行疲劳强度校核。随着铁道车辆的高速与重载化，对车轮的使用要求也越高。因此，在车轮的设计中，对其疲劳强度的评定非常重要。
      目前，国内外很多学者对车轮的疲劳强度评定方法进行了探讨，但主要是将车轮简化为轴对称模型，将三向应力状态等效为单向应力状态，基于单轴疲劳理论对车轮材料的疲劳强度进行校核。然而，车轮（特别是非轴对称车轮）在运行过程中，受力十分复杂，各点均承受多轴、非比例、非同相载荷。因此，分析此类问题的疲劳强度应当采用复杂应力状态下的多轴疲劳强度理论。本文分别采用基于单轴疲劳理论的车轮疲劳强度评定准则和Dang-Van多轴高周疲劳评定准则2种方法，对同一车轮进行疲劳强度有限元分析，比较2种方法的安全度和适用范围。
      根据国际铁路联盟试验研究中心的研究报告及相关文献指出，结构产生疲劳裂纹的方向与最大主应力方向相互垂直。因此，假定车轮的疲劳破坏形式是由最大主应力方向的应力造成。参照国际铁路联盟组织的UIC510-5和欧洲联盟标准的BS EN 13979-1-2003标准，将三向应力状态转换为单向应力状态。首先确定车轮在不同载荷工况下的主应力值和方向，将所有载荷工况作用下的最大主应力方向确定为基本应力分布方向，这个最大主应力即为max；其次计算其与车轮坐标轴线的夹角；最后把所有其他载荷DOI:10.13890/j.issn.1000-128x.2012.04.008-24-机车电传动2012年工况作用下的主应力投影到基本应力方向上，其投影值最小的即为m i n，如图所示。由式（可以求出每一个点相应的平均应力值m和应力幅值a以及动应力值Δ。在对车轮疲劳强度进行评定时，要求已加工车轮辐板的动应力Δ<360 MPa，未加工车轮辐板的动应力Δ<290 MPa。同时，将应力循环的平均应力和应力幅值用车轮材料的修正Goodman曲线进行评定。
      由于带辐板孔的车轮为非轴对称结构，在运行过程中各点受力复杂，因此，应当采用复杂应力状态下的多轴疲劳准则对车轮危险区域进行判定。文献运用Crossland准则对辐板孔疲劳进行了评价。文献运用Sines准则和von Mises准则对车轮强度进行了计算对比。目前，多轴加载下的疲劳极限准则主要有3种理论：①认为多轴疲劳极限与平均静水应力H，m有关的Sines准则；②用静水应力最大值H，m a x为参量的Crossland准则；③同时考虑静水应力与最大剪切应力幅值的Dang-Van准则，该准则介于Sines和Crossland两者之间。
      Dang-Van研究认为金属晶粒对外载荷的响应是一种弹性调整，因此提出了基于细观（介于宏观和微观之间）尺度上的多轴疲劳准则。为了定义幅值参量，Dang-Van考虑了在循环中承受最大剪切应力幅平面的特性。根据细观尺度上的Lin-Taylor均匀化假设和弹性Shakedown原理，将静水应力H和剪切应力幅a线性组合起来。
      以某动车车轮（导向轮对）为例，该车轮为整体式辗钢车轮，带有2个相同的吊装工艺孔，模型为踏面全磨耗状态。取车轴一半，约束其截面，利用ANSYS建立三维有限元模型，如图。轮轴间采用面面接触单元，过盈量为0.277 mm。
      车辆在直线上运行和通过曲线、岔道时，主要承受纵向力和横向力，这些力大小和作用位置不确定，在有限元计算中，需要把这些载荷用有限数量的载荷工况代替。参照UIC510-5，对车轮辐板疲劳强度进行分析，载荷位置如图所示。按照直线、曲线、道岔3种工况，计算各工况的载荷值。

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