超长寿命区间高速列车钢轨焊接接头的疲劳失效机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51305160
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    赵小辉
  • 依托单位：
    吉林大学
  • 学科分类：
    E0508.成形制造
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2013
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The safety accident happened frequency with the rapid development of high-speed train,and fatigue fracture failure of welded joint is still the main form of accidents. Current research mainly focuses on fatigue failure problerm of light alloy welded joint in the body of high-speed train, ignoring the risk of fatigue failure of train rail steel welded joint in super long life range.This project proposed for welded joint of high-speed train U75V rail to stduy the fatigue behavior and explore behavior and mechanism of action in the ultra-long life interval;Mathematical relationship and model between the fatigue life and defects area under the condition of fatigue life completely dominated by internal defects of welded joint, and based on the theory of fracture mechanics and numerical simulation methods to achieve life prediction and evaluation;Research on corrosion fatigue of rail welding joint before and after ultrasonic surface rolling processing based on the complex service environment of high-speed train rail, exploring fatigue fracture mechanism under the dual function between internal defects and external,and the feasibility of corrosion resistance fatigue by ultrasonic surface rolling technology.
随着高速列车的快速发展，列车安全事故频发，其中焊接接头的疲劳断裂失效仍然是事故发生的主要形式。当前的研究主要针对于高速列车车身车体轻质合金焊接接头的疲劳失效问题，忽略了列车钢轨钢焊接接头在超长寿命区间存在的疲劳失效风险。本项目拟针对高速列车U75V钢轨焊接接头进行其在超长寿命区间的疲劳行为研究，借助超声表面滚压技术，探索焊接接头内部缺陷及接头表面残余应力在超长寿命区间的行为及作用机制；建立完全由焊接接头内部缺陷主导疲劳寿命时缺陷与疲劳寿命之间的数学关系模型，并基于断裂力学理论和数值模拟方法实现其疲劳寿命预测和评估；基于高速列车钢轨复杂的服役环境，进行超声表面滚压处理前后钢轨焊接接头的腐蚀疲劳研究，探索其在内部缺陷和外部腐蚀双重作用下的疲劳断裂机理及超声表面滚压技术的抗腐蚀疲劳性能的可行性研究。

结项摘要

高速列车的快速发展对钢轨的要求越来越高，特别是随着我国高速列车速度的不断提升，钢轨的质量是保证高速列车安全平稳运行的关键。焊接作为钢轨的主要连接方式，其承受动载荷的能力较差，是影响高铁安全性能的主要因素之一。. 本文以U75V钢轨闪光焊接头作为研究对象，采用超声表面滚压技术强化焊接接头表面，分析了表面强化机制，研究了该接头在强化后的高周/超高周疲劳、腐蚀疲劳及接触疲劳性能。探索了焊接接头内部缺陷在表面硬化、残余压缩应力等作用下对于裂纹萌生的影响机制。结果表明：覆盖率：300%，电流：0.5 A，频率：20-27 KHz，振幅：6.5-7.5 μm，滚压头和试样间的相对速度：10 mm/min，滚压头直径：15 mm，静载荷：400 N等超声表面滚压加工参数能够在焊接接头表层形成梯度纳米结构、残余压应力的同时获得较低的表面粗糙度。位错是表面纳米强化的主要机制。在200000循环次数下，滚压处理前后焊接接头的疲劳强度分别为256 MPa和314 MPa，滚压处理后接头的疲劳性能提高了23 %。滚压处理接头经人工海水腐蚀后的疲劳强度为290 MPa，说明超声表面滚压能够较好维持接头的腐蚀疲劳性能。在超长寿命区间，超声表面滚压处理后闪光焊接头的疲劳S-N曲线仍随着应力水平的降低而下降，不存在明显的疲劳极限，且滚压处理接头的疲劳寿命高于原始焊态接头。超长寿命区间疲劳裂纹源都位于试样次表面的气孔、夹杂物等缺陷位置。特别的，滚压处理试样的疲劳裂纹源在表面压缩残余应力、表面硬化等作用下进一步向内部转移。超声表面滚压处理接头表面的磨损量显著降低，耐磨性提高了1.29倍。同时，接触疲劳性能得到显著改善，当最大应力降低到3300 MPa时，表面处理试样的接触疲劳寿命在达到100000000循环周次时仍然未发生断裂。. 超声表面滚压技术作为一种新兴的表面纳米强化技术能够在被处理材料表面一定深度内形成梯度纳米结构、压缩残余应力及加工硬化层，这为提高材料的抗疲劳/耐腐蚀/耐摩擦/磨损等性能提供了有效的技术手段。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（2）
专利数量（0）
Fatigue Behavior of a Box-Type Welded Structure of Hydraulic Support Used in Coal Mine.
煤矿液压支架箱式焊接结构疲劳性能
  • DOI：
    10.3390/ma8105325
  • 发表时间：
    2015-09-24
  • 期刊：
    Materials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhao X;Li F;Liu Y;Fan Y
  • 通讯作者：
    Fan Y
Evaluation of fatigue fracture mechanism in a flash butt welding joint of a U75V type steel for railroad applications
铁路用 U75V 型钢闪光对焊接头疲劳断裂机制的评估
  • DOI：
    10.1016/j.engfailanal.2015.05.001
  • 发表时间：
    2015-09
  • 期刊：
    Engineering Failure Analysis
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Yanjun Fan;Yu Liu;Huiyuan Wang;Peng Dong
  • 通讯作者：
    Peng Dong
Research on fatigue behavior and residual stress of large-scale cruciform welding joint with groove
大型十字形坡口焊接接头疲劳行为及残余应力研究
  • DOI：
    10.1016/j.matdes.2014.06.072
  • 发表时间：
    2014-11
  • 期刊：
    Materials & Design
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Xiaohui Zhao;Yu Liu;Yong Liu;Yuan Gao
  • 通讯作者：
    Yuan Gao
Determination of the plastic properties of materials treated by ultrasonic surface rolling process through instrumented indentation
通过仪器压痕测定经超声波表面滚压工艺处理的材料的塑性性能
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2014-04-10
  • 期刊：
    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Liu, Yu;Zhao, Xiaohui;Wang, Dongpo
  • 通讯作者：
    Wang, Dongpo
Research on ultrasonic shot peening through numerical simulation
超声波喷丸的数值模拟研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    Applied Mechanics and Materials
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Fan Yanjun;Zhao Xiaohui
  • 通讯作者：
    Zhao Xiaohui

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其他文献

基于模型预测控制的环形交叉口轮放式信号配时方法
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    王德强
羧基张力蛋白在结直肠癌组织中的表达及其临床意义
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  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    中华消化外科杂志
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    王德强
柴油发动机特性曲线分析与建模
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  • 发表时间：
    2016
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基于超声辅助轨迹自动识别技术的铁素体不锈钢焊接接头安全性评价
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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