Page 109 - 摩擦学学报2025年第9期

第 9 期 谢瑜龙, 等: 基于裂纹损伤楔形体积/截面积的滚动接触疲劳损伤量化评价方法研究 1363

表 5 基于裂纹损伤三维体积的滚动接触疲劳裂纹损伤量计算结果
Table 5 Calculation results of rolling contact fatigue crack damage based on the three-dimensional volume of crack damage
Comprehensive evaluation index
Tests Samples ∑ /
S 2 l surface /μm V damage /μm 3
n /μm
L sample
Sample 1 1 906 283
Sample 2 1 138.2 335
(μ=0.38, P 0 /k e =4.0) 4.9×10 5
Sample 3 1 370 383
Average 1 471.4 333.7
Sample 1 1 561 253
Sample 2 728.2 233
(μ=0.49, P 0 /k e =3.0) 1.9×10 5
Sample 3 198.9 197
Average 829.4 227.7
5
Sample 1 7.3×10 547
5
Sample 2 5.1×10 518
(μ=0.23, P 0 /k e =2.4) 5 2.5×10 8
Sample 3 3.7×10 357
5
Average 5.3×10 474
纹损伤量重要影响的扩展深度条件. 综上所述，基于 晶粒尺寸大小作为客观评价所研究材料滚动接触疲
裂纹损伤楔形体积/截面积的滚动接触疲劳损伤的量 劳损伤的裂纹最小长度界限. 对于客观评价珠光体型
化评价方法，相比通过裂纹的单个评价指标和目前其 钢 轨 U78CrV、 U75V及 U71Mn和 车 轮 ER8、 CL60及
他量化评价方法对轮轨滚动接触疲劳损伤的量化评 AAR-B材料滚动接触疲劳损伤的裂纹最小长度界限
价，评价结果是一致的. 并且，本文中所建立的量化评 分别为14、13.3、14 μm和12.3、10.5、9.9 μm.
价方法综合考虑了疲劳裂纹在轮轨接触表面横向扩 b. 构建新的量化评价方法：参考滚动接触疲劳所
展和向材料内部扩展2个重要行为，新的评价方法中 形成剥落坑的体积概念，基于裂纹损伤的楔形体积或
包含了裂纹尺寸全部的评价指标，即裂纹长度、深度 截面面积构建了滚动接触疲劳损伤的量化评价方法.
和扩展角度，并且新的评价方法存在明确的物理意 基于滚动接触疲劳楔形裂纹损伤材料三维体积的计
义，即滚动接触疲劳裂纹损伤材料的楔形体积/截面 算方法，滚动接触疲劳裂纹损伤量的具体计算方法为
积，因此，本文中所建立的轮轨滚动接触疲劳损伤量 ∑
S
化评价方法更加全面合理. V damage = n ×l surface
L sample

表 6 基于裂纹扩展面积方法的疲劳裂纹损伤量计算结果 c. 新量化评价方法的特点：新的滚动接触疲劳损
Table 6 Calculation results of crack damage based on the 伤量化评价方法综合考虑了疲劳裂纹在滚动体接触
method of crack growth area 表面横向扩展和向材料内部扩展2个重要行为，评价
Evaluation (μ=0.38, P 0 /k e =4.0) (μ=0.49, P 0 /k e =3.0) (μ=0.38, P 0 /k e =4.0)
方法中包含了裂纹尺寸全部的评价指标，即裂纹长
index (dry) (dry) (water)
度、深度和扩展角度. 相比通过裂纹的单个评价指标
d /μm 142.5 85.2 1 853.3
c /μm 333.7 227.7 474 和目前其他量化评价方法对疲劳裂纹损伤的量化评
S area /μm 2 47 552.3 19 400 878 464.2 价，评价结果是一致的，且本文中新的评价方法存在
明确的物理意义，即滚动接触疲劳裂纹损伤材料的楔
形体积/截面积. 此量化评价方法对不同滚动体的滚动
3 结论
接触疲劳裂纹损伤的量化评价均适用.
根据不同材料的微观组织晶粒尺寸，建立了客观
参 考 文 献
评价滚动接触疲劳损伤的裂纹最小尺寸确定方法. 参
[ 1 ] Han Zhenyu, Wang Yuan, Ding Haohao, et al. Wear and rolling
考了滚动接触疲劳所形成剥落坑的体积概念，基于裂
contact fatigue behavior of pearlitic and bainitic rail steels under
纹损伤的楔形体积/截面积进一步构建了滚动接触疲
different operating parameters[J]. Tribology, 2025, 45(5): 676–687
劳裂纹损伤量的量化评价方法. (in Chinese) [韩振宇, 汪渊, 丁昊昊, 等. 不同运行参数下珠光体与
a. 建立裂纹最小尺寸确定方法：以材料微观组织 贝氏体钢轨钢滚动磨损与接触疲劳行为研究[J]. 摩擦学学报(中