（材料加工工程专业论文）钢轨踏面斜裂纹扩展行为的仿真研究.pdf

铁道科学研究院学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不舍任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品或成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人 承担。 论文作者签名： 苍琉宁日期：讪0 7 年7 月岁j 日 关于学位论文使用授权说明 本人了解铁道科学研究院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位 论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采 用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据有关规定，送交学位论文。对以上 规定中的任何一项，本人表示同意，并愿意提供使用。 作者签名： 套奶字 导师签名；日期；p 司年 7 月爿日 铁道科学研究院硕士学位论文 摘要 随着铁路向高速、重载和高密度运行发展，钢轨滚动接触疲劳伤 损大为增加。伤损类型及伤损发展特点也在发生变化。钢轨踏面斜裂 纹属于钢轨疲劳伤损，是近年来反映突出的钢轨伤损类型之一，发展 严重时将导致钢轨的横向断裂而危及行车安全，国外及国内已发生多 起由踏面斜裂纹导致钢轨横向断裂的事故。 从广深线等现场的钢轨斜裂纹伤损情况来看，裂纹起源于钢轨踏 面表层，并以与钢轨顶面成一定角度0 5 0 “0 。) 斜向向轨头内部扩展，当 斜裂纹扩展到一定深度时，可能转为横向扩展，也可能继续沿斜向扩 展。裂纹扩展方式的不同，将产生不同的钢轨缺陷形式，并对行车安 全、工务维护产生不同的影响。目前，一些研究人员主要从断口观察 分析，冶金材质检验等方面进行了试验分析，对钢轨斜裂纹的发展模 式、扩展机理进行了定性的探讨研究，但对裂纹在萌生之后的扩展行 为，特别是裂纹转向的影响因素还缺乏深刻的研究。 本论文是铁道科学研究院研发中心项目“钢轨的滚动接触疲劳伤 损与安全评价研究( 2 0 0 4 y f 0 4 ) ”的部分研究内容。论文研究旨在定 量分析不同工况下钢轨踏面斜裂纹的扩展行为和机理，探讨钢轨斜裂 纹扩展、转向的主要影响因素，为钢轨斜裂纹缺陷的维修养护对策、 安全评价提供理论和数据支持。 论文主要研究内容是： 按照现场观察到的钢轨踏面斜裂纹形态，利用a n s y s 软件建立 铁道科学研究院硕士学位论文 不同尺寸的典型钢轨踏面斜裂纹的三维模型； 根据实际现场观察的轮轨接触光带位置，模拟轮轨接触状态，采 用双线性随动强化材料，对钢轨踏面斜裂纹的应力场和应力强度因子 进行仿真计算； 研究了接触力、接触位置、轴重、摩擦系数、钢种、运行速度这 些工况参数对钢轨踏面斜裂纹的扩展影响，并计算了两种典型工况下 的斜裂纹扩展行为，阐述了其扩展机理。 关于无裂纹轮孰接触条件下钢轨承载能力和工况参数对它的影 响问题，国内外学者已经开展了大量研究，也取得了很好的成效，但 针对钢轨踏面斜裂纹问题的带裂纹体轮轨接触仿真计算还是空白 本论文综合考虑轮轨作用影响区范围及仿真计算量，按照6 0 k g m 钢轨标准断面建立c a d 模型，取4 跨距长钢轨。每跨5 6 8 2 m m 。轨枕 采用s i j 型混凝土枕，上宽为1 6 9 5 m m 。取轴重2 3 t ，钢轨弹性模量 e = 2 0 6 x 1 0 5 m p a ，泊松比v = 0 3 。轮轨摩擦系数卿3 。模型采用双线 性材料，屈服强度分别为a 0 - = 5 6 5 m p a ( u 7 5 v 熟轧轨) 和咖2 = 8 7 0 m p a ( u 7 5 v 淬火轨) ，随动强化系数0 1 。 根据h e r t z 接触理论，轮轨接触区取为赫兹椭圆接触面，并提出了 相应的半轴a 和b 的计算公式，从而可计算出不同接触状态下的接 触斑长短轴大小。 斜裂纹位于4 跨钢轨中部，结合现场实际，取为半椭圆形，与钢 轨横向成3 0 0 ，倾斜角为2 0 0 ，长短轴比为2 ；1 。斜裂纹中心距轨距 边1 5 m m 。对所建模型采用s o l i d 9 5 、s o l i d 9 2 、s o l i d 4 5 、m e s h 2 0 0 ( 线、 铁道科学研究院硕士学位论文 面) 单元划分网格，取轨底网格尺寸为1 0 m m ，轨顶网格尺寸为6 m m ， 裂纹尖端处最小网格尺寸为o i m m ，过渡区网格尺寸为4 m m ，轮轨接 触区网格尺寸为l m m 。将模型逐块划分，然后通过a p d l 编程对裂 纹尖端单元进行奇异化处理，对自由划分部分单元进行退化转变处理 以获得较高精度网格。 在模型两端面处施加对称约束，轨枕处施加除纵向外的全约束。 仿真直线线路钢轨，对轮轨接触斑施加垂向和纵向载荷；仿真曲线段 钢轨，则对轮轨接触斑旌加垂向，纵向及横向三向载荷。 由于所研究问题涉及到形状、位置都较为复杂的三维斜裂纹，所 以在实体模型处理上需要一些技巧性较强的方法来完成。 首先要对裂纹形状进行简化，参照现场实际情况而近似取为半椭 圆形，在尽量接近实际的前提下方便模型的建立。 确定下裂纹中心所在的位置，在该处建立一个包含半裂纹面在内 的椭圆柱体，通过系列的几何布尔运算操作主要为p a r t i t i o n 和带选 项的用工作平面切割等，从而得到具有裂纹特性的模型，即在裂纹尖 端处保持共线，而两个半椭圆裂纹面重合存在，这样的模型在划分网 格时才能初步具有裂纹的性质，接下来在裂纹处生成奇异单元，并进 行退化处理，便得到了最终的裂纹模型。 需要注意的是。由于a n s y s 在求解应力强度因子时要求所选择 路径点坐标与x 轴平行，否则无法计算。因此在划分网格以前，有必 要对做好的裂纹实体模型进行预处理。在所要计算点处对裂纹面用工 作平面切分，然后建立局部坐标系并保存，便可以得到满足求解应力强 铁道科学研究院硕士学位论文 度因子要求的路径及相应坐标系。 目前，关于三维裂纹问题的有限元分析在很多领域都有应用，但 全部局限于正切裂纹。本论文对形状、位置都更加复杂的具有倾斜角 度的裂纹建立三维模型并进行有限元分析计算，是在钢轨斜裂纹研究 领域的一个创新应用。 在已经建立起钢轨斜裂纹有限元模型的基础上，设置相应计算参 数，研究了接触力、接触位置、轴重、摩擦系数、钢种、运行速度等 不同工况对钢轨踏面斜裂纹的扩展影响，并计算了两种典型工况下的 斜裂纹扩展行为，阐述了其扩展机理。 计算得到一系列有用的结果，包括： ( 1 ) 垂向力对三型k 值均有较大影响，横向力主要影响i i 、i i i 型k 值，纵向力主要影响i i 型k 值：在三向力中，只有垂向力对确 贡献较大，横向力和纵向力对k i 几乎没有影响。 ( 2 ) 车轮沿钢轨纵向运动时，在距离钢轨踏面斜裂纹左右各1 4 跨距范围内，对裂纹扩展影响突出，其余位置影响很小可以忽略。轮 轨横向接触位置偏离轨顶中央4 5 r a m 以内对斜裂纹扩展影响不明显； 在4 5 - - - 7 5 m m 区间内裂纹扩展开始变快；超过7 5 r a m 后裂纹扩展大 大加快。 ( 3 ) 重车对裂纹影响明显大于空车；不同轴重对于裂纹影响差 别并不明显。 ( 4 ) 较小的轮轨摩擦系数，较高的钢种屈服强度和货车速度， 都将有利于裂纹扩展。 i v 铁道科学研究院硕士学位论文 另外还计算了直线钢轨和半径8 0 0 m 曲线外股钢轨两种典型线路 下的斜裂纹应力场和应力强度因子，从理论分析角度得到了钢轨踏面 斜裂纹扩展行为的定量规律，并以轮轨踏面中心附近接触模式下的应 力场分布解释了裂纹扩展机理。论文指出： 直线线路轮轨偏离轨顶面中央5 m m 接触下，钢轨踏面斜裂纹以 i i i 型扩展为主，在距踏面深度3 5 6 i m m 时可能转向形成水平裂纹； 在距踏面深度8 1 4 r a m 时容易发生横向转向；而一旦深度超过3 0 m m 时很难再发生转向。半径8 0 0 r a 曲线外股钢轨踏面斜裂纹以b l i - i i i 型 复合方式扩展，且比直线线路扩展迅速；裂纹距踏面深度2 1 4 8 m m 时可能发生水平转向；裂纹一旦扩展至更深位置时很可能会保持初始 角度扩展下去。 弯曲剪应力是控制钢轨踏面斜裂纹扩展及转向的主要因素。随着 线路工况及轮轨接触位置的变化，弯曲剪应力场的分布区域和方向都 会不同。裂纹萌生点附近区域为向上弯曲剪应力，裂纹处于该区域受 上弯曲剪应力影响可能转向形成水平裂纹；当斜裂纹发展到较深区域 后，一种情况是存在较大向下弯曲剪应力，此时斜裂纹可能转向横向 扩展，另一种情况是弯曲剪应力交小，此时斜裂纹会保持初始角度斜 向扩展。 这些研究结果有助于定性掌握和定量评估钢轨斜裂纹扩展行为 及其影响因素，对钢轨的维修养护策略和安全监测有理论指导意义。 关键词：钢轨，斜裂纹，裂纹扩展 v 铁道科学研究院硕士学位论文 a b s t r a c t b e c a u s er a i l w a yi sd e v e l o p i n g 、i t l lh i 曲s p e e d ，h e a v yl o a da n dh i 曲 d e n s i t y , t h er o l l i n gc o n t a c tf a t i g u ed a m a g e so f r a i li n c r e a s er a p i d l y m e a n w h i l e ，t h ed a m a g et y p e sa n dc h a r a c t e r i s t i c sa l ea l s oc h a n g i n g a sa t y p eo f r a i ld e f e c t s ，r a i lt r e a do b l i q u ec r a c kh a sb e e np a i de x t e n s i v e l y a t t e n t i o n si nr e c e n ty e a r s i tw i l lc a u s er a i lt r a n s v e r s a lf a i l u r ea n d e n d a n g e rt h et r a v e l i n gs a f e t yi f i ts e v e r e l yd e v e l o p s s e v e r a la c c i d e n t s r e s u l t e df r o mr a i lt r a n s v e r s a lf r a c t u r e sc a u s e db yt r e a do b l i q u ec r a c k s h a v ea l r e a d yt a k e np l a c ea th o m ea n da b r o a d a c c o r d i n g t ot h er a i lo b l i q u ec r a c kd a m a g eo b s e r v e di nf i e l do f g u a n g z h o u - s h e n z h e nr a i l w a y ，e t c ，c r a c k sc o m eo f t h es u r f a c el a y e r o f r a i lt r e a da n dp r o p a g a t et ot h ei n t e r i o ro f r a i lh e a da ta na n g l e ( 15 。, - - 4 0 。) w i t hr a i lc r o w l lf a c e w h e no b l i q u ec r a c k sp r o p a g a t et oc e r t a i nd e p t h , t h e ym a y t u r nt ot r a n s v e r s a ld i r e c t i o no rc o n t i n u et op r o p a g a t ei nt h e s a i n ed i r e c t i o n d i f f e r e n tm o d e so f c r a c kg r o w t hw i l lb r i n gd i f f e r e n tr a i l d e f e c t sa n da f f e c t t h et r a v e l i n gs a f e t ya n dl i n em a i n t e n a n c ed i f f e r e n t l y a t p r e s e n t , r e s e a r c h e r sm a i n l yt e s ta n da n a l y z ef r o mo b s e r v i n gf r a c t u r e s ， e x a m i n i n gm e t a l l u r g ym a t e r i a l s ，e t c ，a n dq u a l i t a t i v e l ys t u d yt h eg r o w t h m o d ea n dm e c h a n i s mo f r a i lo b l i q u ec r a c k s b u tt h er e s e a r c ho nt h e g r o w t hb e h a v i o ra f t e rc r a c ki n i t i a l i z e s ，e s p e c i a l l yo nt h ei n f l u e n c i n g f a c t o r so f c r o c kt u r n i n gi sn o te n o u g hy e t v i 铁道科学研究院硕士学位论文 耵i i sp a p e ri sp a r to f “s t u d yo n r o l l i n gc o n t a c tf a t i g u ed a m a g ea n d s a f e t ye v a l u a t i o no f r a i l ( 2 0 0 4 y f 0 4 ) ”w h i c hi sa ni t e mo f r e s e a r c h & d e v e l o p m e n tc e n t e ro f c h i n a a c a d e m yo f r a i l w a ys c i e n c e s 1 1 1 eg r o w t h b e h a v i o ra n dm e c h a n i s mo f r a i lt r e a do b l i q u ec r a c k su n d e rv a r i o u sl o a d c a s e sa r eq u a n t i t a t i v e l ya n a l y z e dh e r e ，a n dt h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r so f r a i lo b l i q u ec r a c kg r o w t ha n d t u r n i n ga l ea l s od i s c u s s e d i tw i l lg i v et h e m a i n t e n a n c ea n ds a f e t ye v a l u a t i o no f r a i lo b l i q u ec r a c kd e f e c t st h e o r e t i c a l a n dn u m e r i c a l s u p p o r t t h em a i n s t u d yc o n t e n t so f t h i sp a p e ra l e ： a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i co f r a i l 仃e a do b l i q u ec r a c ko b s e r v e di n f i e l d , t h et h r e ed i m e n s i o n a lm o d e l so f t y p i c a lr a i lt r e a do b l i q u ec r a c k 、i t l l d i f f e r e n tl e n g t h sa l eb u i l t 、秭t l ls o f t w a r ea n s y s a c c o r d i n gt ot h ep o s i t i o n so f w h e e l | r a i lc o n t a c tl i g h ts t r i po b s e r v e di n f i e l 正t h es t a t eo f w h e e l r a i lc o n t a c ti ss i m u l a t e d w i t hd o u b l el i n e k i n e m a t i ch a r d e n i n gm a t e r i a l ，t h es t r e s sf i e l da n ds t r e s si n t e n s i t yf a c t o ro f f a i lt r e a do b l i q u ec r a c ka l ea l s os i m u l a t e da n dc a l c u l a t e d t h ei n f l u e n c e so ng r o w t hb e h a v i o ro f r a i lt r e a do b l i q u ec r a c ku n d e r v a r i o u sl o a dc a s g s i n c l u d i n gt h r e e - d i m e n s i o n a lc o n t a c tf o r c e ，c o n t a c t p o s i t i o n , a x l el o a d ，w h e e l r a i lf r i c t i o n a lc o e f f i c i e n t , s t e e ls t r e n g t h ，t r a v e l v e l o c i t y ，e r e ，h a v eb e e ns i m u l a t e da n da n a l y z e d t h eg r o w t hb e h a v i o ra n d m e c h a n i s mo f r a i lo b l i q u ec r a c k su n d e rt w ot y p i c a ll o a dc a s e sa r ea l s o s i m u l a t e da n dc a l c u l a t e d v i i 铁道科学研究院硕士学位论文 r e s e a r c h e r sa th o m ea n da b r o a dh a v ec a r r i e do nm u c hs t u d yo nt h e p r o b l e mo f t h eb e a r i n gc a p a c i t yo f r a i la n dt h ei n f l u e n c ef r o mv a r i o u s l o a dc s 5 ；e sw i t hn oc r a c k s ，a n dg o o de f f e c t sa r eg o t ，b u tn o t h i n gh a sb e e n d o n eo i lt h es a m ep r o b l e mw i t l lc r a c k s c o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o n sa b o u tt h ei n f l u e n c i n gr a n g eo fw h e e l r a i la c t i o na n da m o u n to fs i m u l a t i o na n dc a l c u l a t i o na r em a d e a n d4r a i l s p a n sa r ec h o s e n t h el e n g t ho fe a c hs p a ni s5 6 8 2 m m t h em o d e l i sb u i l t a c c o r d i n gt ot h es t a n d a r ds e c t i o no f6 0 k g mr a i l s - i it y p ec o n c r e t et i ei s u s e d ，a n dt h es u p e r i o rw i d t hi s16 9 5 m m a x l el o a di s2 3t o n ，a n dt h e m o d u l u so f e l a s t i c i t yo f r a i lei s2 0 6 x 1 0 5 m p a p o i s s o n sr a t i ov i s0 3 ， a n dt h ew h e e l r a i lf r i c t i o n a lc o e f f i c i e n t li s0 3t o o d o u b l el i n em a t e r i a l i s u s e d ，a n d t h ey i e l ds t r e n g t h 0 02 a r e5 6 5 m p a ( u 7 5 v h o t r o l l i n gr a i l ) a n d 8 7 0 m p a ( u 7 5 v q u e n c h e dr a i l ) t h ek i n e m a t i ch a r d e n i n gc o e f f i c i e n ti s 0 1 a c c o r d i n gt oh e r t zc o n t a c tt h e o r y , t h ew h e e l r a i lc o n t a c ta r e ai sa l l e l l i p s e h a l f a x i saa n dbc a nb ec a l c u l a t e db yc o r r e s p o n d i n gf o r m u l a t h eo b l i q u ec r a c ki si nt h em i d d l eo f t h em o d e l ，w h i c hi sc h o s e nt ob e as e m i e l l i p s ea c c o r d i n gt of i e l d i tm a k e sa3 0 。a n g l ew i t l lr a i lt r a n s v e r s a l d i r e c t i o n ，a n dt h ea n g l eo f i n c l i n a t i o ni s2 0 。i t sm a j o ra x i si sd o u b l eo f m i n o ra x i s ，a n dt h ec e n t r eo f o b l i q u ec r a c ki s1 5 m ma w a yf r o mr a i lg a u g e s o l i d 9 5 、s o l i d 9 2 、s o l i d 4 5 、m e s h 2 0 0 ( 1 i n e 、a r e a ) e l e m e n t sa r eu s e d t h e m e s hs i z eo f r a i lb a s ei s1 0 m m 。a n dt h em e s hs i z eo f r a i lh e a di s6 m m v i i i 铁道科学研究院硕士学位论文 t h em i n i m u mm e s hs i z eo f c r a c kt i pi s0 1 m m ，a n dt h em e s hs i z eo f w h e e l r a i lc o n t a c ta r e ai sl m m t h em o d e li sm e s h e db yb l o c k s ，a n d m a d es i n g u l a r i t yo f c r a c kt i pe l e m e n tw i t ha p d l p r o g r a m m i n g a tl a s t ， d e g e n e r a t et r a n s i to f f r e e m e s h e de l e m e n t si sm a d et og e th i g h e r a c c u r a c y s y m m e t r yc o n s t r a i n t sa r ea p p l i e da tt w o t e r m i n a lo f m o d e l ，a n df u l l c o n s t r a i n t se x c e p tl o n g i t u d i n a ld i r e c t i o na r ea p p l i e da ts l e e p e r s v e r t i c a l a n dl o n g i t u d i n a ll o a d sa r ea p p l i e da tw h e e l ，r a i lc o n t a c ts p o to r is t r a i g h t l i n e ，w h i l ev e r t i c a l ，l o n g i t u d i n a la n dt r a n s v e r s a ll o a d sa r ea p p l i e do n c u l w e s e e c a n s eo f t h ec o m p l i c a t e ds h a p ea n dp o s i t i o n , s o m es k i l l sa r eu s e d d u r i n gm o d e lb u i l d i n g f i r s tt h es h a p eo f c r a c ki ss i m p l yc h o s e nt ob es e m i e l l i p s ea c c o r d i n gt o f i e l d ，a n dt h i sw i l lb eh e l p f u lo f b u i l d i n gm o d e l a f t e rt h ep o s i t i o no f c r a c kc e n t r ei sf i x e d ，a ne l l i p t i c a lc y l i n d e r i n c l u d i n gh a l f c r a c kf a c ei sb u i l t w i t has e r i e so f g e o m e t r i c a lb o o l e a n c a l c u l a t i o nm o s t l yi n c l u d i n gp a r t i t i o na n dd i v i d eb yw o r k i n gp l a n ew i t h o p t i o n s ，e t c ，t h ec h a r a c t e r i s t i co f c r a c k , w h i c h m e a n st h a tc o l l i n e a ri sk e p t a tc r a c kt i pa n dt w os e m i e l l i p s ec r a c kf a c e so v e r l a p , c a l lb em a d ei nt h e m o d e l t h e nt h em o d e li sm e s h e d , a n dm a d es i n g u l a r i t ya tc r a c kt i p a f t e r d e g e n e r a t et r a n s i ti sm a d e ，t h ef i n a lc r a c km o d e li sf i n i s h e d i ti st ob en o t e dt h a t ，b e c a u s et h ep o i n tc o o r d i n a t e so f c h o s e np a t hi s i x 铁道科学研究院硕士学位论文 r e q u i r e dt op a r a l l e lw i t hx a x i st oc a l c u l a t et h es t r e s si n t e n s i t yf a c t o ri n a n s y s ，i ti sn e c e s s a r yt op r e t r e a tt h ec r a c ks o l i dm o d e lb e f o r em e s h i n g a tt h ep o s i t i o nw h i c hw a n t st ob ec a l c u l a t e dt h ec r a c kf a c ei sd i v i d e db y w o r k i n gp l a n e ，a n dal o c a lc o o r d i n a t es y s t e mi sb u i l ta n ds a v e d t h i sc a l l s a t i s f yt h er e q u i r e m e n to f a n s y s a t p r e s e n t ，f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so f t h r e ed i m e n s i o n a lc r a c kp r o b l e m s i sa p p l i e di nm a n yf i e l d s ，b u tt h es h a p e so f c r a c ka r ea l lr e s t r i c t e dt o t a n g e n t o b l i q u ec r a c km o d e l sw i t hm o r ec o m p l i c a t e ds h a p e sa n d p o s i t i o n sa r eb u i l ta n dc a l c u l a t e di nt h i sp a p e r , t h u si ti sa ni n n o v a t i o ni n t h er e s e a r c ho f r a i lo b l i q u ec r a c k b a s e do nt h ef e am o d e lo f r a i lo b l i q u ee r a c lc o r r e s p o n d i n g c a l c u l a t e dp a r a m e t e r sa r es e t , a n dt h ei n f l u e n c e so ng r o w t hb e h a v i o ro f r a i lt r e a do b l i q u ec r a c ku n d e rv a r i o u sl o a de a s e s ，i n c l u d i n g t h r e e - d i m e n s i o n a lc o n t a c tf o r c e ，c o n t a c tp o s i t i o n , a x l el o a d , w h e e l r a i l f r i c t i o n a lc o e f f i c i e n t , s t e e ls t r e n g t h , t r a v e lv e l o c i t y ，e t c ，a r es i m u l a t e da n d a n a l y z e d t w ot y p i c a lf i e l dc a s e sa l ea l s oc a l c u l a t e d , a n dt h em e c h a n i s m o f r a i lt r e a do b l i q u ec r a c ki se x p l a i n e d u s e f u lr e s u l t sh a v eb e e no b t a i n e d ，i n c l u d i n g ： ( 1 ) v e r t i c a lf o r c em a i n l ya f f e c t sa l lt h r e et y p e so fs t r e s si n t e n s i t y f a c t o r sl ( l a t e r a lf o r c e s t r o n g l ya f f e c t si i ，i i it y p e so f k a n dl o n g i t u d i n a l f o r c ec h i e f l ya f f e c t si it y p eo f k d u r i n gt h et h r e et y p e so f f o r c e s ，o n l y v e r t i c a lf o r c ea f f e c t sk ls t r o n g l y , a n dt h eo t h e rt w of o r c e sa f f e c tk jh a r d l y x 铁道科学研究院硕士学位论文 a n y ( 2 ) i nt h er a n g eo f aq u a r t e ro f s l e e p e rs p a nf r o mt h eo b l i q u ec r a c k a l o n gl o n g i t u d i n a ld i r e c t i o no f r a i l ，t h ew h e e ll o a da f f e c t sc r a c kg r o w t h o u t s t a n d i n g l y w h i l et h er e s tc a nb ei g n o r e d d e v i a t e df r o mt h ec e n t r eo f r a i lh e a dl e s st h a n4 5 m ma l o n gt r a n s v e r s ed i r e c t i o n , t h ew h e e ll o a d a f f e c t sc r a c kg r o w t hi n c o n s p i c u o u s l y ，w h i l ec r a c kg r o w t hb e c o m e sr a p i d b e t w e e n4 5t o7 5 m ma n de n o r m o u s l ye x p e d i t e sb e y o n d7 5 r a m ( 3 ) l o a d e dc a l a f f e c t sc r a c kg r o w t hm u c hm o t eo b v i o u s l yt h a ne m p t y c a r ；d i f f e r e n ta x l el o a d sa f f e c tc r a c kg r o w t hs i m i l a r l y ( 4 ) l o w e rw h e e l r a i lf r i c t i o n a lc o e f f i c i e n t , h i g h e rs t e e ly i e l ds t r e n g t h a n dt r a v e lv e l o c i t ya c c e l e r a t ec r a c kg r o w t h i na d d i t i o n ，t w ot y p i c a lf i e l dc a s e si n c l u d i n gs t r a i g h tl i n ea n d8 0 0 m r a d i u sc u r v eo f t h eo u t s i d er a i lh a v eb e e nc a l c u l a t e d ；t h eg r o w t hb e h a v i o r a n dm e c h a n i s mo f r a i lt r e a do b l i q u ec r a c kh a sb e e ne x p l a i n e d ，a n di ti s p o i n t e do u ti nt h ep a p e r ： u n d e rt h ec o n d i t i o no f w h e e l r a i lc o n t a c tp o s i t i o nd e v i a t e df r o mt h e c e n t r eo f r a i lh e a d5 m mo ns t r a i g h tl i n e r a i lt r e a do b l i q u ec r a c k sm a i n l y p r o p a g a t ea si - l it y p e t h eg r o w t ho f r a i lo b l i q u ec r a c k sm a y t o mt o h o r i z o n t a ld i r e c t i o na tt h ed e p t h so f 3 5 击1 姗b e n e a t ht h er a i lt r e a d 。 a n dm a yt u r nt ot r a n s v e r s a ld i r e c t i o na tt h ed e p t h so f 8 1 4m m o n c e b e y o n d3 0 m m c r a c k sc a nh a r d l yt u m a r o u n d o nr a d i u s8 0 0 mc u r v eo f t h eo u t s i d er a i l r a i lt r e a do b l i q u ec r a c k sp r o p a g a t e 硒i q i i i it y p ea n d 铁道科学研究院硕士学位论文 g r o wf a s t e rt h a no ns t r a i g h tl i n e ；t h ec r a c kg r o w t hm a y t u r nt oh o r i z o n t a l d i r e c t i o na tt h ed e p t i t so f 2 1 4 8 m mb e n e a t ht h er a i lt r e a d w h e r e a s c r a c k sg r o wi nad e e p e rp o s i t i o n ，i ti sv e r yl i k e l yt h a tt h e ym a yp r o p a g a t e a st h es a m ea n g l e b e n ds h e a rs t r e s si st h em a i nf a c t o ro f c o n t r o l l i n gr a i lt r e a do b l i q u e c r a c kt op r o p a g a t ea n dr u ma r o u n d w i t ht h el i n ec o n d i t i o n sa n dw h e e l r a i lc o n t a c tp o s i t i o n sc h a n g i n g ，t h ez o n eo f s c a t t e ra n dd i r e c t i o no f b e n d s h e a rs t r e s sa l s oc h a n g e u p w a r db e n ds h e a rs t r e s se x i s t ss e a l t h ea r e ao f c r a c ki m t i a t i o n ，a n dc r a c k si nt h i sa r e am a yt u r nt oh o r i z o n t a ld i r e c t i o n b e c a u s eo f i t si n f l u e n c e w h e no