摘要：開展了EA4T合金鋼材料的低周疲勞試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)彎曲高周疲勞試驗(yàn)與裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn),考慮載荷類型、表面質(zhì)量與尺寸系數(shù)等因素,修正了標(biāo)準(zhǔn)小試樣疲勞極限以預(yù)測(cè)全尺寸車軸的疲勞性能;建立了軸箱內(nèi)置鐵路車軸(內(nèi)箱車軸)的有限元模型,分析了內(nèi)箱車軸與傳統(tǒng)軸箱外置鐵路車軸(外箱車軸)臨界安全部位的差異;基于安全壽命設(shè)計(jì)理論,結(jié)合修正的線性Miner疲勞累積損傷準(zhǔn)則和載荷譜,研究了內(nèi)箱車軸的疲勞強(qiáng)度與服役性能;分別采用Paris公式、NASGRO方程和LAPS模型擬合了裂紋擴(kuò)展速率曲線,基于損傷容限設(shè)計(jì)方法估算了內(nèi)箱車軸和外箱車軸的裂紋擴(kuò)展壽命。研究結(jié)果表明:標(biāo)準(zhǔn)小試樣的疲勞極限明顯高于全尺寸車軸,其疲勞極限均值分別為369、286 MPa;與傳統(tǒng)外箱車軸相比,由于加載位置的改變,內(nèi)箱車軸的臨界安全部位從卸荷槽處轉(zhuǎn)移至軸身中部;內(nèi)箱車軸疲勞總壽命為2.5×1012 km,滿足30年服役壽命的設(shè)計(jì)要求;但是在運(yùn)輸或服役過程中車軸表面不可避免會(huì)存在缺陷,缺陷處存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中,為裂紋的萌生和擴(kuò)展提供了便利條件,使車軸疲勞壽命大幅降低;當(dāng)車軸臨界安全部位的裂紋深度擴(kuò)展到5 mm時(shí),內(nèi)箱車軸和外箱車軸的剩余壽命分別僅為3.2×105、2.0×105 km,應(yīng)根據(jù)無損探傷精度合理制定無損檢測(cè)周期,確保車軸安全服役。