重轨截面全释放法残余应力检测

重轨在生产过程中会产生残余应力。重轨的生产需要经过热轧、冷却和矫直等工艺，重轨在轧制冷却时，由于外表面和内部冷却速度的不同以及组织的转变，产生了很大的热应力和相变应力。重轨在热应力和相变应力的作用下，产生不均匀的塑性变形，从而产生了残余应力。同时，由于重轨断面为变截面，在冷却时，轨腰和轨底边缘具有最快的冷却速度，轨头的冷却速度最慢，这一冷却速度的差异，导致轨腰和轨底边缘出现压应力，而轨底中间和轨头出现拉应力，导致重轨弯曲变形，最后，通过矫直使得整个重轨截面的残余应力分布变得更加复杂。

重轨中存在过大的残余应力，会造成重轨在使用过程中断裂失效，从而导致铁路运输车辆的翻车事故，特别是时速超过200Km/h的高速车辆，其后果尤为严重。本文采用了不同于以往的残余应力检测方法-全释放法对重轨表面的残余应力进行测试研究。

试验材料

目前高速客运铁路中常用的是60kg/m的百米重轨，主要材料有U71Mn，U75V等。本文以U75V为研究对象，采用全释放法对其外表面的残余应力分布规律进行测试研究，试验中使用的重轨为冷矫后的试样，长1m。

全释放法的测试过程

试验过程中的应变测量使用JHYC静态电阻应变仪和双轴应变片。全释放法的测试过程为：首先在1m长重轨试样中间的预设测点位置表面用布砂轮打磨平整，再用200号砂纸手工打磨，完成后用酒精清理干净，再用JH-496胶水将应变片粘贴在相应的测点位置，待应变片干透后用应变仪测量每个测点的预应变读数，然后按照标准TB/T2344-2003规定的释放法进行切割并测量横截面试样上应变片的读数，最后采用线切割将每个测点的应变片连同底下的材料以尺寸10mm*10mm*10mm大小取下来测量各小块试样的应变片读数。由前后应变片读数之差就可以得到释放的应变量，并根据相应公式计算重轨上各测点释放的残余应力。

全释放法测试的关键是使用线切割取下粘贴有应变片的小试样。根据全释放法的原理，当切取的试样足够小，使其上的宏观残余应力分布梯度可以忽略不计时，则宏观残余应力就会得到充分释放，通过检测其上应变片释放的应变就可以反求释放前的残余应力了。由于粘贴的应变片有一定的大小尺寸，为了不损坏应变片，本文中切割的小试样尺寸只达到了10mm*10mm*10mm的大小，可以基本上认为其上的残余应力已经得到了完全的释放。

结论

采用全释放法检测轨底中间纵向残余应力要小于常用释放法的检测结果，结果表明，按照   规定检测得到的重轨残余应力偏于保守的结论，考虑到生产控制的便捷性、经济性和使用安全性，这种检测方法是可以接受的。

重轨表面残余应力分布复杂，应力梯度大，除了轨腰以压应力为主外，其他部位基本上都是残余拉应力，尤其是轨底中间纵向残余应力拉应力最大，轨头次之。