Nghiên cứu xác định các đặc trưng mỏi vật liệu kết cấu khung giá chuyển hướng và trục bánh xe đầu máy sử dụng trong ngành đường sắt việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI HỒNG NĂNG KHANG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG MỎI VẬT LIỆU KẾT CẤU KHUNG GIÁ CHUYỂN HƯỚNG VÀ TRỤC BÁNH XE ĐẦU MÁY SỬ DỤNG TRONG NGÀNH ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM Chuyên ngành: Mã số: Khai thác bảo trì đầu máy xe lửa, toa xe 60.52.44 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN GS.TS ĐỖ ĐỨC TUẤN HÀ NỘI - NĂM 2013 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu 12 Chương Tổng quan lựa chọn phương pháp đánh giá độ bền mỏi kết cấu phận chạy đầu máy, toa xe điều kiện Việt Nam 1.1 Tổng quan nghiên cứu mỏi nước 13 1.1.1 Các phương pháp nghiên cứu liên quan tới ứng suất kết cấu nói chung 13 1.1.2 Các phương pháp nghiên cứu liên quan tới tốc độ phát triển vết nứt mỏi 14 1.1.3 Các phương pháp nghiên cứu liên quan tới phương trình lan truyền vết nứt 14 1.1.4 Các nghiên cứu mỏi liên quan tới phận chạy đầu máy, toa xe 15 1.2 Tình hình nghiên cứu mỏi nước 15 1.2.1 Tình hình nghiên cứu mỏi nói chung 15 1.2.2 Nghiên cứu mỏi đầu máy, toa xe 16 1.2 Đề xuất lựa chọn số phương pháp đánh giá độ bền mỏi kết cấu phận 17 chạy đầu máy toa xe điều kiện Việt Nam 1.2.1 Đánh giá độ bền mỏi chi tiết kết cấu phương pháp truyền thống 17 (cổ điển) 1.2.2 Đánh giá độ bền mỏi chi tiết kết cấu phương pháp tích luỹ 19 tuyến tính tổn thương mỏi 1.2.3 Đánh giá độ bền mỏi chi tiết kết cấu phương trình đồng dạng 21 phá huỷ mỏi Chương Đề xuất quy trình đánh giá độ bền mỏi kết cấu chi tiết phận chạy đầu máy, toa xe điều kiện Việt Nam 2.1 Tính tốn lý thuyết 27 2.1.1 Tính tốn lý thuyết kiểm nghiệm độ bền kết cấu chi tiết 27 2.1.2 Tính tốn lý thuyết kiểm nghiệm động lực học kết cấu 30 2.2 Nghiên cứu thử nghiệm 31 2.2.1 Các loại thử nghiệm vật liệu 31 2.2.2 Các loại thử nghiệm tải trọng 34 2.2.3 Quy trình tính tốn độ bền mỏi dự báo tuổi thọ mỏi kết cấu chi tiết 37 Chương Thử nghiệm xác định đặc trưng mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D13E 3.1 Thử nghiệm thành phần hóa học tính mẫu vật liệu khung giá chuyển 39 hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E 3.1.1 Thử nghiệm thành phần hóa học 39 3.1.2 Thử nghiệm tính mẫu vật liệu 40 3.2 Thử nghiệm mỏi mẫu vật liệu 42 3.2.1 Khung giá chuyển hướng 43 3.2.2.Trục bánh xe 44 3.3 Xử lý thống kê số liệu thí nghiệm mỏi mẫu vật liệu khung giá chuyển hướng 46 trục bánh xe 3.3.1 Khung giá chuyển hướng 46 3.3.2 Trục bánh xe 48 3.4 Một số mơ hình lý thuyết xây dựng đường cong mỏi 50   3.4.1 Phương trình đường cong mỏi Weibul dạng Ni  NG  m     3.4.2 Phương trình đường cong mỏi Stussi dạng   k  b  C.N ik 1 50 51  CN ik 3.4.3 Phương trình đường cong mỏi dạng tuyến tính 52 3.4.4 Các phương trình đường cong mỏi dạng phi tuyến 56 3.5 Xây dựng đường cong mỏi sở kết thử nghiệm mỏi 62 3.5.1 Xây dựng đường cong mỏi dạng (3.1) - (3.8) 62 3.5.2 Xây dựng đường cong mỏi dạng (3.11) - (3.52) 63 3.6 Xác định giới hạn mỏi chu trình ứng suất giới hạn vật liệu khung giá 70 chuyển hướng trục bánh xe mức tin cậy khác 3.7 Tổng hợp phân tích kết xác định giới hạn mỏi chu trình ứng suất giới hạn vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E mức tin cậy khác 73 3.8 Kết tổng hợp xây dựng đường cong mỏi vật liệu khung giá chuyển 79 hướng trục bánh xe đầu máy, toa xe Kết luận 86 Tài liệu tham khảo 87 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Đọc ĐSVN Đường sắt Việt Nam KGCH Khung giá chuyển hướng TBX Trục bánh xe TX Toa xe ƯST Ứng suất tĩnh DANH MỤC CÁC BẢNG TT Số bảng Tên bảng Chương Đề xuất quy trình đánh giá độ bền mỏi kết cấu chi tiết phận Trang chạy đầu máy, toa xe điều kiện Việt Nam Bảng 2.1 Sơ đồ tính biểu đồ nội lực trục bánh xe chế độ tải 29 trọng Chương Thử nghiệm xác định đặc trưng mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D13E Bảng 3.1 Kết xử lý số liệu thử nghiệm đặc trưng học khung giá 41 chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E Bảng 3.2 Kết thử nghiệm mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng đầu máy 43 D9E Bảng 3.3 Kết thử nghiệm mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng đầu máy 44 D19E Bảng 3.4 Kết thử nghiệm mỏi vật liệu trục bánh xe đầu máy D9E 45 Bảng 3.5 Kết thử nghiệm mỏi vật liệu trục bánh xe đầu máy D19E 45 Bảng 3.6 Kết xử lý số liệu thử nghiệm mỏi vật liệu khung giá chuyển 46 hướng đầu máy D9E Bảng 3.7 Kết xử lý số liệu thử nghiệm mỏi vật liệu khung giá chuyển 47 hướng đầu máy D19E Bảng 3.8 Kết xử lý số liệu thử nghiệm mỏi vật liệu trục bánh xe đầu máy 48 D9E 10 Bảng 3.9 Kết xử lý số liệu thử nghiệm mỏi vật liệu trục bánh xe đầu máy 49 D19E 11 Bảng 3.10 Bảng tổng hợp dạng phương trình đường cong mỏi 61 12 Bảng 3.11 Các đường cong mỏi dạng (3.1) - (3.8) vật liệu khung giá 63 chuyển hướng đầu máy D9E D19E 13 Bảng 3.12 Các đường cong mỏi dạng (3.1) - (3.8) vật liệu trục bánh 63 xe đầu máy D9E D19E 16 Bảng 3.13 Các phương trình đường cong mỏi vật liệu khung giá 67 chuyển hướng đầu máy D9E 17 Bảng 3.14 Các phương trình đường cong mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng đầu máy D19E 67 18 Bảng 3.15 Các phương trình đường cong mỏi vật liệu trục bánh xe đầu 68 máy D9E 19 Bảng 3.16 Các phương trình đường cong mỏi vật liệu trục bánh xe đầu 68 máy D19E Bảng 3.17 Bảng 3.17a Bảng tổng hợp kết xây dựng đường cong mỏi 69 dạng  a  aN b ,  a  aN b ecN y  aebx Bảng 3.18 Bảng 3.17b Bảng tổng hợp kết xây dựng đường cong mỏi dạng  a  ae 20 Bảng 3.19 bN  cN  69 ,  a  N /  aN  b   a  a  b lg N Kết tính tốn giới hạn mỏi chu trình ứng suất mỏi vật liệu 71 khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E mức tin cậy 50% 21 Bảng 3.20 Kết tính tốn giới hạn mỏi chu trình ứng suất mỏi vật liệu 72 khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E mức tin cậy 95% 22 Bảng 3.21 Kết tính tốn giới hạn mỏi chu trình ứng suất mỏi vật liệu 72 khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E mức tin cậy 99% 23 Bảng 3.22 Kết tính tốn giới hạn mỏi chu trình ứng suất mỏi vật liệu 73 khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E mức tin cậy 99,9% 24 Bảng 3.23 Kết tính tốn giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng 76 trục bánh xe đầu máy D9E D19E xác suất phá hủy mỏi 95% theo mơ hình đường cong mỏi dạng  a  aN b 25 Bảng 3.24 Kết tính toán giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng 76 trục bánh xe đầu máy D9E D19E xác suất phá hủy mỏi 99% theo mơ hình đường cong mói dạng  a  aN b 26 Bảng 3.25 Kết tính tốn giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng 77 trục bánh xe đầu máy D9E D19E xác suất phá hủy mỏi 99,9% theo mơ hình đường cong mói dạng  a  aN b 27 Bảng 3.26 Tổng hợp kết tính tốn giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển 78 hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E 30 Bảng 3.27 Kết thử nghiệm mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng toa xe khách Rumani 79 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TT Số hình vẽ Tên hình vẽ, đồ thị Chương Đề xuất quy trình đánh giá độ bền mỏi kết cấu chi tiết phận Trang chạy đầu máy, toa xe điều kiện Việt Nam Hình 2.1 Sơ đồ tính tốn khung giá chuyển hướng đầu máy 27 Hình 2.2 Sơ đồ vị trí mặt cắt khung giá chuyển hướng toa xe 28 Hình 2.3 Sơ đồ vị trí tính tốn ứng suất khung giá chuyển hướng 28 Hình 2.4 Sơ đồ tính tốn trục bánh xe 29 Hình 2.5 Sơ đồ tính tốn dao động 31 Hình 2.6 Quan hệ biên độ tổng hợp theo phương ngang với vận tốc 25 Hình 2.7 Kết cấu kích thước mẫu thử nghiệm đặc trưng học 32 Hình 2.8 Thiết bị thử tính vật liệu thử nghiệm 32 Hình 2.9 Kết cấu kích thước mẫu thử nghiệm mỏi 33 10 Hình 2.10 Thiết bị thử nghiệm xác định giới hạn mỏi 33 11 Hình 2.11 Đường cong mỏi dạng y  a  b lg x hay  a  a  b lg N 34 12 Hình 2.12 Sơ đồ thử nghiệm tải trọng tĩnh tải trọng động 35 13 Hình 2.13 Biểu đồ phân bố giá trị kỳ vọng toán giá trị lớn hệ số 36 động Kđ điểm đo khung giá chuyển hướng 14 Hình 2.14 Biểu đồ biên độ ứng suất động tần số dao động biên độ ứng 36 suất động điểm đo khu gian khảo sát 15 Chương Thử nghiệm xác định đặc trưng mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D13E 16 Hình 3.1 Mẫu thử nghiệm thành phần hóa học vật liệu khung giá chuyển hướng 39 trục bánh xe đầu máy D9E 17 Hình 3.2 Kết cấu kích thước mẫu thử nghiệm đặc trưng học 40 18 Hình 3.3 Mẫu thử nghiệm đặc trưng học vật liệu khung giá chuyển hướng 41 Hình 3.4 đầu máy D9E Mẫu thử nghiệm đặc trưng học vật liệu trục bánh xe đầu máy 41 19 D9E 20 Hình 3.5 Kết cấu kích thước mẫu thử nghiệm mỏi 42 10 21 22 Hình 3.6 Mẫu thử nghiệm mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng đầu máy 43 Hình 3.7 D9E Mẫu thử nghiệm đặc trưng mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng 49 đầu máy D19E 23 Hình 3.8 Mẫu thử nghiệm mỏi vật liệu trục bánh xe đầu máy D9E 44 24 Hình 3.9 Mẫu thử nghiệm đặc trưng mỏi vật liệu trục bánh xe đầu máy D19E 45 25 Hình 3.10 Đường cong mỏi dạng y  axb hay  a  aN b heo phương án 64 26 Hình 3.11 Đường cong mỏi dạng y  axb hay  a  aN b theo phương án 65 27 Hình 3.12 Đường cong mỏi y  a  b lg x hay  a  a  b lg N theo phương án 65 28 Hình 3.13 Đường cong mỏi y  a  b lg x hay  a  a  b lg N theo phương án 66 29 Hình 3.14 Đường cong mỏi dạng y  axb hay  a  aN b vật liệu rục 66 bánh xe đầu máy D19E mức tin cậy 95%; 99% 99,9% 30 Hình 3.15 Đường cong mỏi dạng y  ax b hay  a  aN b vật liệu khung 74 giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E 31 Hình 3.16 Đường cong mỏi dạng y  a  b lg x hay  a  a  b lg N vật 75 liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E 32 Hình 3.17 Đường cong mỏi dạng y  ax b hay  a  aN b vật liệu khung 80 giá chuyển hướng toa xe khách Rumani 33 Hình 3.18 Đường cong mỏi dạng y  a  b lg x hay  a  a  b lg N vật 80 liệu khung giá chuyển hướng toa xe khách Rumani 34 Hình 3.19 Đường cong mỏi Stussi dạng    b  C.N ik 1  CN 81 k i 35 Hình 3.20 Đường cong mỏi Weibull dạng hay Ni  N 0 ai k 82 36 Hình 3.21 Đường cong mỏi Weibull dạng loga lg Ni  lg N  k lg  83 37 Hình 3.22 Đường cong mỏi dạng y  ax b hay  a  aN b 84 38 Hình 3.23 Đường cong mỏi dạng y  a  b lg x hay  a  a  b lg N 85 11 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nghiên cứu mỏi vấn đề phức tạp khó khăn, đặc biệt điều kiện Việt Nam Hiện có số cơng trình nghiên cứu đánh giá độ bền mỏi kết cấu chi tiết phận chạy đầu máy, toa xe sử dụng ngành đường sắt phương pháp công cụ khác Để kế thừa bổ sung kết có cần tổng hợp kết nghiên cứu, lựa chọn phương pháp đánh giá phù hợp với điều kiện Việt Nam đề xuất quy trình đánh giá độ bền mỏi giá làm tiền việc xây dựng tiêu chuẩn ngành đường sắt cần thiết Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đề xuất quy trình đánh giá độ bền mỏi kết cấu chi tiết phận chạy đầu máy toa xe; mặt khác, thông qua kết thử nghiệm mẫu vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe số loại đầu máy sử dụng Việt Nam tiến hành xử lý xác định đặc trưng mỏi làm sở cho việc đánh giá độ bền mỏi kết cấu nêu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: phận chạy đầu máy, toa xe sử dụng ngành đường sắt Việt Nam Phạm vi nghiên cứu: vật liệu kết cấu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy sử dụng Việt Nam, cụ thể vật liệu khung giá chuyển hướng vật liệu trục bánh xe đầu máy D9E D19E Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm, sử dụng kế thừa thí nghiệm có lĩnh vực nghiên cứu độ bền mỏi kết cấu chi tiết phận chạy đầu máy, toa xe sử dụng Việt Nam Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: - Ứng dụng Lý thuyết độ tin cậy, Lý thuyết mỏi để giải vấn đề thực tiễn sản xuất đặt ra, cụ thể xây dựng đường cong mỏi xác định giới 74 (3.52) Vì tiến hành lựa chọn dạng đường cong nói làm sở tính tốn giới hạn mỏi tương ứng với chu trình ứng suất giới hạn Các đường cong mỏi dạng (3.51) (3.52) vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E thể hình 3.15 3.16 Hình 3.15 Đường cong mỏi dạng y  ax b hay  a  aN b vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E đó: vật liệu KGCH D9E:  a  206, 3801N 1,0589 vật liệu KGCH D19E:  a  236, 4151N 0,12235 vật liệu TBX D9E:  a  270, 9363 N 0,0661 vật liệu TBX D19E:  a  424, 9939 N 0,069662 75 Hình 3.16 Đường cong mỏi dạng y  a  b lg x hay  a  a  b lg N vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E đó: vật liệu KGCH D9E:  a  208,4188  81,6633lg N vật liệu KGCH D19E:  a  242,3537  68, 4765lg N vật liệu TBX D9E:  a  271,3919  37, 4221lg N vật liệu TBX D19E:  a  425,7161  64, 4394lg N Hai dạng đường cong mô tả cách tốt kết thử nghiệm mỏi, chúng hồn tồn tương đương Kết tính tốn giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E mức xác suất phá hủy mỏi khác theo mơ hình đường cong mói dạng  a  aN b cho bảng 3.23 – 3.25 76 Bảng 3.23 Kết tính tốn giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E xác suất phá hủy mỏi 95% theo mơ hình đường cong mỏi dạng  a  aN b TT Chu Vật liệu khung giá chuyển hướng trình Đầu máy D9E Đầu máy D19E Đầu máy D9E Đầu máy D19E  a  206,3801N 1,0589  a  236, 4154 N 0,12235  a  270,9363N 0,066092  a  424,9939 N 0,069662 ứng suất N0, Ng, Vật liệu trục bánh xe Giới hạn mỏi  m ,  1 , MPa  mtb ,  tb1  mmin ,  min  mtb ,  tb1  mmin ,  min  mtb ,  tb1  mmin ,  min  mtb ,  tb1  mmin ,  min 1 1.106 206,380 174,143 236,416 176,934 270,936 228,936 424,994 391,955 2.106 184,960 138,040 217,193 164,682 258,804 218,986 404,960 375,136 3.106 173,459 100,057 206,682 158,040 251,961 214,301 393,682 366,111 4.106 163,961 62,221 199,534 150,914 247,216 211,566 385,871 359,337 5.106 154,463 24,386 194,160 141,709 243,596 209,784 379,919 353,068 6.106 144,964 - 189,877 130,484 240,679 208,501 375,125 346,646 7.106 135,466 - 186,329 117,822 238,239 207,461 371,118 339,907 8.106 125,968 - 183,310 104,265 236,146 206,498 367,682 332,893 9.106 116,470 - 180,687 90,175 234,315 205,498 364,677 325,697 10 1.107 106,972 - 178,245 75,890 232,689 204,376 362,011 318,402 Bảng 3.24 Kết tính tốn giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E xác suất phá hủy mỏi 99% theo mơ hình đường cong mói dạng  a  aN b TT Chu Vật liệu khung giá chuyển hướng trình Đầu máy D9E Đầu máy D19E Đầu máy D9E Đầu máy D19E  a  206,3801N 1,0589  a  236, 4154 N 0,12235  a  270,9363N 0,066092  a  424,9939 N 0,069662 ứng suất N0, Ng, Vật liệu trục bánh xe Giới hạn mỏi  m ,  1 , MPa  mtb ,  tb1  mmin ,  min  mtb ,  tb1  mmin ,  min  mtb ,  tb1  mmin ,  min  mtb ,  tb1  mmin ,  min 1 106 206,380 152,545 236,416 137,083 270,936 200,631 424,994 371,550 2.106 184,960 106,600 217,193 129,501 258,804 192,309 404,960 356,720 3.106 173,459 393,682 349,083 50,879 206,682 125,451 251,961 189,069 77 4.10 163,961 - 199,534 118,339 247,216 187,681 385,871 342,950 5.106 154,463 - 194,160 106,569 243,596 187,131 379,919 336,484 6.106 144,964 - 189,877 90,692 240,679 186,943 375,125 329,056 7.106 135,466 - 186,329 71,924 238,239 186,640 371,118 320,632 8.106 125,968 - 183,310 51,306 236,146 186,636 367,682 311,408 9.106 116,470 - 180,687 29,534 234,315 186,192 364,677 301,623 10 1.107 106,972 - 178,245 7,316 232,689 185,408 362,011 291,469 Bảng 3.25 Kết tính tốn giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E xác suất phá hủy mỏi 99,9% theo mơ hình đường cong mói dạng  a  aN b TT Chu Vật liệu khung giá chuyển hướng trình Đầu máy D9E Đầu máy D19E Đầu máy D9E Đầu máy D19E  a  206,3801N 1,0589  a  236, 4154 N 0,12235  a  270,9363N 0,066092  a  424,9939 N 0,069662 ứng suất N0, Ng, Vật liệu trục bánh xe Giới hạn mỏi  m ,  1 , MPa  mtb ,  tb1  mmin ,  min  mtb ,  tb1  mmin ,  min  mtb ,  tb1  mmin ,  min  mtb ,  tb1  mmin ,  min 1 1.106 206,380 123,059 236,416 82,679 270,936 147,812 424,994 336,436 2.106 184,960 63,683 217,193 81,473 258,804 142,354 404,960 325,026 3.106 173,459 - 206,682 80,962 251,961 141,820 393,682 319,781 4.106 163,961 - 199,534 73,870 247,216 142,955 385,871 314,750 5.106 154,463 - 194,160 58,595 243,596 144,710 379,919 307,947 6.106 144,964 - 189,877 36,369 240,679 146,573 375,125 298,792 7.106 135,466 - 186,329 9,265 238,239 148,226 371,118 287,462 8.106 125,968 - 183,310 - 236,146 149,440 367,682 274,435 9.106 116,470 - 180,687 - 234,315 150,039 364,677 260,195 10 1.107 106,972 - 178,245 - 232,689 149,888 362,011 245,122 Việc tính tốn giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E mức xác suất phá hủy mỏi theo mơ hình đường cong mỏi dạng  a  a  b lg N tiến hành hoàn tồn tương tự Sau tính tốn thấy kết 78 nhận giới hạn mỏi xác định theo hai dạng đường cong mỏi hoàn tồn tương đương Tổng hợp kết q rút gọn tính toán cho hai phương án đường cong mỏi cho bảng 3.26 Bảng 3.26 Tổng hợp kết tính toán giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E Dạng Mức phương tin trình cậy, P Vật liệu khung giá chuyển hướng Đầu máy D9E 50%  a  a  b lg N  mtb ,  tb1  mmin ,  min 95% 178,245 83,886 - 173,723  a  a  b lg N - N = 5.106  mtb ,  tb1  mmin ,  min N = 1.107  mtb ,  tb1  mmin ,  min N = 1.107 232,689 - 362,011 - 233,970 - 361,277 - N = 1.107 N = 1.107 184,960 138,040 194,160 141,709 232,689 204,376 362,011 318,402 99% N = 5.106 N = 1.107 N = 1.107 184,960 106,600 194,160 106,569 232,689 185,408 362,011 291,469 183,836 105,476 194,491 106,100 233,970 186,689 361,277 290,735 N = 2.106  a  aN b  mmin ,  min N = 1.107 - N = 2.106  a  a  b lg N Đầu máy D19E 183,836 136,913 194,491 142,040 233,970 205,568 361,277 317,278  a  a  b lg N  a  aN b  mtb ,  tb1 106,972 N = 2.106  a  aN b Đầu máy D9E Giới hạn mỏi  m ,  1 , MPa N = 1.107  a  aN b Đầu máy D19E Vật liệu trục bánh xe N = 5.106 N = 1.107 N = 1.107 99,9% 184,960 63,683 194,160 58,595 232,689 149,888 362,011 245,122 183,836 62,559 194,491 58,926 233,970 151,169 361,277 244,388 Nhận xét Các kết tính tốn cho thấy, loại vật liệu, chu trình ứng suất mỏi khác giới hạn ứng suất mỏi khác nhau, mặt khác ứng với miền tin cậy khác thơng số khác Nhìn cách tổng quát, chu trình ứng suất mức xác suất phá hủy mỏi khác nhau, giới hạn mỏi vật liệu trục bánh xe đầu máy D9E D19E lớn giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng Giới hạn mỏi vật 79 liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D19E lớn so với giới hạn mỏi tương ứng đầu máy D9E Các kết tính tốn số liệu thiết thực bổ ích để lựa chọn số chu trình ứng suất mỏi giới hạn mỏi tương ứng với mức tin cậy cho trước, phục vụ cho q trình tính tốn độ bền mỏi tuổi thọ mỏi kết cấu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E Hiện q trình tính tốn độ bền mỏi tuổi thọ mỏi người ta thường chọn mức tin cậy 95% Tuy nhiên trường hợp cần nâng cao mức độ an tồn, lựa chọn mức tin cậy 99% cao 99,9%, tùy theo mục tiêu nghiên cứu 3.8 Kết tổng hợp xây dựng đường cong mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy, toa xe Trên xây dựng đường cong mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E Ngoài ra, không nằm phạm vi nghiên cứu đề tài, với số liệu thử nghiệm mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng toa xe khách Rumani, tiến hành xây dựng họ đường cong mỏi loại vật liệu Kết thử nghiệm mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng toa xe khách Rumani cho bảng 3.27 Bảng 3.27 Kết thử nghiệm mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng toa xe khách Rumani Mức ứng suất, MPa Số lượng mẫu thử mức ứng suất - Số chu trình ứng suất phá huỷ mẫu thử (N.106) 48,50 0,0775 0,0984 0,1096 0,1217 0,1439 - 44,00 0,258 0,193 0,252 0,266 0,296 - 39,50 0,665 0,835 0,899 0,843 0,795 - 35,00 2,870 2,560 2,240 3,200 3,430 - 32,70 7.260 8,020 8,713 8,865 9,209 - 80 Các đường cong mỏi dạng y  axb hay  a  aN b y  a  b lg x hay  a  a  b lg N vật liệu khung giá chuyển hướng toa xe khách Rumani thể hình 3.17-3.18 Hình 3.17 Đường cong mỏi dạng y  ax b hay  a  aN b vật liệu khung giá chuyển hướng toa xe khách Rumani Hình 3.18 Đường cong mỏi dạng y  a  b lg x hay  a  a  b lg N vật liệu khung giá chuyển hướng toa xe khách Rumani 81 Để tiện so sánh, trình bày kết tổng hợp xây dựng số dạng đường cong mỏi loại vật liệu khung giá chuyển hướng đầu máy D9E, D19E toa xe khách Rumani vật liệu trục bánh xe đầu máy D9E D19E Các dạng đường cong mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E, D19E toa xe Rumani thể hình 3.19-3.23 Hình 3.19 Đường cong mỏi Stussi dạng    b  C.N ik 1  CN ik 467,888  9,5383 N i1,0148 170 vật liệu KGCH D9E:    9,5383 N i1,1048 vật liệu KGCH D19E:   vật liệu TBX D9E:   604, 732  7,3213N i0,6203 170  7,3213 N i0,6203 654,139  5, 7073N i0,60993 200  5, 7073N i0,60993 vật liệu TBX D19E:   692, 412  4,3471N i1,3286 360  4,3471N i1,3286 vật liệu KGCH TX Rumani:   467, 04  55,8829 N i0,45439 30  55,8829 N i0,45439 82 k   Hình 3.20 Đường cong mỏi Weibull dạng N i  N G  m  hay N i  N 0 ai k    vật liệu KGCH D9E: N i  1014,0973  a6,0944 hay  a  205, 6564 N i0,16403 i i vật liệu KGCH D19E: N i  1019,0475  a8,0237 hay  a  236,5395 N i0,12463 i i vật liệu TBX D9E: N i  1030,067  a12,3323 hay  a  274, 2043N i0,08109 i i vật liệu TBX D19E: N i  1034,8683  a13,2538 hay  a  427, 0603N i0,07545 i i vật liệu KGCH TX Rumani: N i  1017,1297  a10,756 hay  a  39,1356 N i0,09297 i i 83 Hình 3.21 Đường cong mỏi Weibull dạng loga lg N i  lg N  k lg  KGCH D9E: lg N i  14, 0973  6, 0944 lg  a hay lg  a  2, 3131  0,16408 lg N i i i KGCH D19E: lg N i  19, 0475  8, 0237 lg  a hay lg  a  2, 3739  0,12463lg N i i TBX D9E: i lg N i  30, 067  12,3323lg  hay lg   2, 4381  0, 08109 lg N i TBX D19E: lg N i  34,8638  13, 2538lg  a hay lg  a  2, 6305  0, 07545 lg N i i i KGCH TX Rumani: lg N i  17,1297  10, 756 lg  a hay lg  a  1, 5926  0, 09297 lg N i i i 84 Hình 3.22 Đường cong mỏi dạng y  ax b hay  a  aN b vật liệu KGCH D9E:  a  206, 3801N 1,0589 vật liệu KGCH D19E:  a  236, 4151N 0,12235 vật liệu TBX D9E:  a  270, 9363 N 0,0661 vật liệu TBX D19E:  a  424, 9939 N 0,069662 vật liệu KGCH TX Rumani:  a  39,1391N 0,092137 85 Hình 3.23 Đường cong mỏi dạng y  a  b lg x hay  a  a  b lg N vật liệu KGCH D9E:  a  208,4188  81,6633lg N vật liệu KGCH D19E:  a  242,3537  68, 4765lg N vật liệu TBX D9E:  a  271,3919  37, 4221lg N vật liệu TBX D19E:  a  425,7161  64, 4394lg N vật liệu KGCH TX Rumani:  a  39,5488  8,4406lg N 86 Kết luận Trên sở tổng hợp nghiên cứu lý thuyết mỏi, kế thừa nghiên cứu mỏi Việt Nam nói chung lĩnh vực đầu máy toa xe nói riêng, Luận văn giải số vấn đề sau Đề xuất quy trình đánh giá độ bền mỏi kết cấu chi tiết phận chạy đầu máy, toa xe phù hợp với điều kiện cụ thể Việt Nam nói chung ngành đường sắt Việt Nam nói riêng theo hai hướng: theo lý thuyết tích lũy tổn thương mỏi tuyến tính theo phương trình đồng dạng phá hủy mỏi, tùy theo thí nghiệm thực thực tế Trên sở thử nghiệm mỏi với vật liệu khung giá chuyển hướng đầu máy D9E, D19E, toa xe khách Rumani trục bánh xe đầu máy D9E D19E sử dụng ngành đường sắt Việt Nam, tiến hành xây dựng họ đường cong mỏi với 18 dạng phương trình khác nhau, lựa chọn dạng phương trình đường cong mỏi có mức độ phù hợp lớn với số liệu thực nghiệm theo ba mức xác suất phả hủy mỏi, bao gồm mức 95%, 99% 99,9%, điều mà cơng trình trước chưa thực Từ phương trình đường cong mỏi với mức xác suất phả hủy mỏi khác đã tiến hành tính tốn xác định giới hạn mỏi tương ứng với số chu trình phá hủy mỏi biến thiên từ 1.106 đến 1.107 Nhìn cách tổng quát, chu trình ứng suất mức xác suất phá hủy mỏi khác nhau, giới hạn mỏi vật liệu trục bánh xe đầu máy lớn giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng Cụ thể giới hạn mỏi vật liệu trục bánh xe đầu máy D19E lớn nhất, sau đầu máy D9E; vật liệu khung giá chuyển hướng D19E, D9E thấp vật liệu khung giá chuyển hướng toa xe khách Rumani Tùy theo toán cụ thể, tùy theo phương pháp đánh giá độ bền mỏi cụ thể, sử dụng đường cong mỏi cách linh hoạt thuận tiện Vì họ đường cong mỏi xây dựng giới hạn mỏi xác định ngân hàng liệu thiết thực bổ ích phục vụ cho q trình tính tốn độ bền mỏi tuổi thọ mỏi kết cấu khung giá chuyển hướng trục bánh xe loại đầu máy đầu máy, toa xe khảo sát 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phan Văn Khôi (2001), Cơ sở đánh giá độ tin cậy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Ngô Văn Quyết (1999), Cơ sở lý thuyết mỏi, NXB Giáo dục, Hà Nội Ngô Văn Quyết, Đỗ Đức Tuấn, Phạm Lê Tiến (2008), “Nghiên cứu đánh giá độ bền tuổi thọ mỏi khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D19E sở lý thuyết đồng dạng phá huỷ mỏi dạng tương đối” Tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải, số 24 Ngô Văn Quyết, Đỗ Đức Tuấn, Phạm Lê Tiến (2008), “Nghiên cứu đánh giá độ bền mỏi khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D19E sở lý thuyết đồng dạng phá huỷ mỏi dạng tuyệt đối” Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, số 24 Đỗ Đức Tuấn (1998), Xây dựng chương trình xử lý số liệu thống kê đại lượng ngẫu nhiên cho việc nghiên cứu hao mòn độ tin cậy đầu máy diezel, Đề tài NCKH, mã số T98-CK-92, Trường Đại học GTVT, Hà Nội Đỗ Đức Tuấn (2005), Đánh giá độ bền độ bền mỏi kết cấu giá xe, giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy diezel, NXB Xây dựng Hà Nội Đỗ Đức Tuấn (2010), Cơ sở đánh giá độ bền mỏi chi tiết kết cấu đầu máy toa xe, Tài liệu giảng dạy cao học, Trường Đại học Giao thông Vận tải., Hà Nội Đỗ Đức Tuấn (2013), Độ tin cậy tuổi bền máy, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội Đỗ Đức Tuấn, Ngô Văn Quyết, Phạm Lê Tiến (2004), “Nghiên cứu đánh giá độ bền mỏi trục bánh xe đầu máy D9E sở lý thuyết đồng dạng phá huỷ mỏi, Tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải, số 10 Đỗ Đức Tuấn, Ngô Văn Quyết, Phạm Lê Tiến (2004), “Đánh giá độ bền mỏi khung giá chuyển hướng đầu máy D9E sở phương trình đồng dạng phá huỷ mỏi”, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, số 11 Đỗ Đức Tuấn, Phạm Lê Tiến, Hoàng Năng Khang (2013), “Thử nghiệm xác định đặc trưng học đặc trưng mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E”, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, số 41 88 12 Đỗ Đức Tuấn, Nguyễn Đức Toàn, Hoàng Năng Khang (2013), “Xây dựng đường cong mỏi, xác định giới hạn mỏi vật liệu khung giá chuyển hướng trục bánh xe đầu máy D9E D19E”, Tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải, số 41 Tiếng Nga 13 Савоськин А.Н (1985), Исследовние усталостной прочности рамы тележки электропоезда ЭР2 “МИИТ-ТРАСПОРТ”, Москва 14 Галушко В.Г (1976), Вероятностно-статистические методы на автотранспорте Вища школа, Киев 15 Грингевич Г.П., Каменская Е А (1984), Надёжность погрузочноразгрузочных машин, Издатетьство Транспорт, Москва 16 Пузанков A.Д (2006), Надежность конструций локомотивов Москва, MИИТ