为分析45 t轴重重载铁路有砟轨道扣件系统刚度合理取值范围,首先,使用钢轨容许应力法及轨道容许变形法分析扣件系统静刚度合理取值范围;然后,建立45 t轴重重载货车-有砟轨道空间耦合动力学模型,以美国五级谱及钢轨焊缝不平顺作为该耦合系统激励,通过分析车轨耦合动力学模型在不同激励、不同动刚度下的动力响应变化,分析扣件系统动刚度合理取值范围.结合钢轨容许应力法及轨道容许变形法,建议扣件系统静刚度范围为200～240 kN/mm;通过综合比较最大轮轨垂向力、最大枕上压力、最大钢轨垂向位移及最大轮重减载率4个评价指标在不同轮轨系统激励及不同扣件系统动刚度下的变化范围,建议扣件系统动刚度范围取240～300 kN/mm.

为了科学探究地铁扣件e型弹条真实受载情况下的受载特征,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型,结合金属材料塑性变形和断裂机理研究中的应力状态参数概念,计算分析正常安装状态与共振状态下弹条的断裂危险位置和断裂类型.研究结果表明:弹条现场断裂位置普遍出现在小圆弧与中肢连接处,弹条在正常安装状态下其等效应力最大值出现在小圆弧与跟段连接处,与弹条现场断裂位置不一致,而最大应力三轴度以及最小应力软性系数与现场断裂位置高度吻合,表明应力状态参数可以更好地描述弹条的断裂危险点.在钢轨波磨引发的共振条件下,弹条最大应力三轴度以及最小应力软性系数同样出现在小圆弧与中肢连接处,并且弹条最大应力三轴度增大60.3％,最小应力软性系数减少5.4％,弹条更易于发生脆性断裂.弹条小圆弧与中肢连接处横断面的罗德系数显示,小圆弧内侧约等于1,外侧约等于-1,这表明此处横断面受弯曲应力作用.e型弹条在钢轨波磨引起的共振条件下,弹条小圆弧与中肢连接处易于产生微裂纹,同时小圆弧内侧拉应力场会加速裂纹扩展,从而导致弹条瞬间脆断.

为分析DTⅢ型扣件系统e型弹条在钢轨波磨条件下的疲劳损伤及其疲劳类型,首先建立包含e型弹条在内的扣件系统局部有限元模型,然后建立车辆-轨道耦合动力学模型,获取单个转向架通过时的钢轨垂向位移时程曲线,以此作为边界条件输入至有限元模型中,获取e型弹条的应变、应力时程变化规律,最后采用相应的疲劳理论对e型弹条疲劳损伤及其疲劳类型展开分析.研究结果表明:e型弹条在钢轨波磨条件下的疲劳损伤最大位置在弹条后拱与跟端相接处;曲线波磨条件下弹条疲劳损伤大于直线波磨,与实际运营情况相符;弹条疲劳寿命大于转变寿命,其疲劳类型为应力疲劳.