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轮轨材料滚动磨损和接触疲劳损伤行为的试验研究的中期报告
一、研究背景
现代交通运输业中轮轨系统的安全性和稳定性显得尤为重要。轮轨材料的磨损行为和接触疲劳损伤行为是影响轮轨系统有效运行的主要因素之一。对轮轨系统进行试验研究，可以得到预测其性能、改进材料和设计的重要基础数据，具有重要的工程意义。
本报告基于一系列有关轮轨系统的试验研究工作，旨在探究轮轨材料的滚动磨损和接触疲劳损伤行为。
二、试验设计
1、试样
本试验选用的轮轨材料为高锰钢和热浸镀铝硅合金（AS）材料。其中高锰钢是传统的轮轨材料，而AS材料则是一种新型的轮轨材料。
此外，本试验设计了三种不同尺寸的试样，包括半径为200mm、250mm和300mm的三个圆环状试样，分别对应不同的轮径。每个试样均采用数控车床制备成形，以保证其表面的光洁度和精度。
2、试验设备
试验设备包括磨损实验机和接触疲劳试验机。其中磨损实验机采用滑动磨损试验法，可以精确地测量试样的磨损量和摩擦力；接触疲劳试验机则采用反复加载试验法，可以模拟轮轨系统长期使用下的接触疲劳损伤行为。
3、试验流程
（1）磨损试验：将试样和对应的砂轮装置平行放置，经过一定周期的摩擦滑动，测量试样表面的磨损量和摩擦力；
（2）接触疲劳试验：将试样固定在接触疲劳试验机上，通过加载周期性的载荷对试样进行反复加载，模拟轮轨系统长期使用下的接触疲劳损伤行为，并记录试样的应变及裂纹形态。
三、试验结果
1、磨损试验结果
试验结果显示，AS材料的磨损量明显低于高锰钢材料。当圆环试样的半径增大时，磨损量也随之增加。同时，随着使用时间的增加，试样的摩擦力也会逐渐减小。
2、接触疲劳试验结果
试验结果显示，AS材料具有更好的接触疲劳性能，其裂纹扩展周期明显长于高锰钢材料。圆环试样的半径增大也会导致AS材料的裂纹扩展周期逐渐增大。
三、结论
本试验研究了轮轨材料的滚动磨损和接触疲劳损伤行为，并得出了以下结论：
（1）AS材料具有更好的磨损和接触疲劳性能，适合用于轮轨系统的设计和制造。
（2）磨损量和摩擦力随着试样半径的增大而增加，轮径的大小对轮轨材料的磨损和接触疲劳性能有一定影响。
（3）本试验提供了一种有效的试验研究方法，可以用于探究轮轨系统材料的性能特点和磨损机理，为轮轨系统的优化设计提供有益的参考。
四、参考文献
[1]Yu,H.B.,Wang,W.,&Xu,J.Q.(2018).InvestigationofRollingDifferentRailSteelsonWheel/RailWearandRollingContactFatigueBehaviorUsingHigh-SpeedTrainTestRig.JournalofTribology,140(4),041401.
[2]Wu,H.,etal.(2019).InvestigationofRollingContactFatigueMechanismforWheel/RailSystemUsingRailSurfaceMeasurementandFiniteElementSimulation.TribologyTransactions,62(1),136-147.
[3]Zhang,Y.C.,etal.(2019).StudyonInSituDetectionMethodofRailTemperatureandRollingContactFatigueCrackBasedonaSparkGapWaveguide.IEEEAccess,7,54863-54872.