公禹豪,許彥強(qiáng),王 蒙,朱 濤,王 超,肖守訥

(1.西南交通大學(xué) 牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031； 2.中車(chē)浦鎮(zhèn)阿爾斯通運(yùn)輸系統(tǒng)有限有限公司,安徽 蕪湖 241060；3.神華鐵路裝備有限責(zé)任公司，北京 100120)

重載列車(chē)的鉤緩裝置、制動(dòng)梁、交叉桿等關(guān)鍵承載部件，對(duì)列車(chē)的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用[1]。但隨著重載列車(chē)高速重載的發(fā)展趨勢(shì)，既有的修程與目前車(chē)輛關(guān)鍵部件的壽命可靠性存在滯后情況，長(zhǎng)壽命部件存在無(wú)病通治的現(xiàn)象，對(duì)于經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的維修造成較大浪費(fèi)，因此，開(kāi)展重載列車(chē)關(guān)鍵承載長(zhǎng)壽命部件壽命預(yù)測(cè)的研究，對(duì)提高列車(chē)運(yùn)行安全性和降低運(yùn)用維護(hù)成本具有越來(lái)越重要的意義[2]。

在重載列車(chē)關(guān)鍵承載部件壽命預(yù)測(cè)研究方面，宋瑞蘭[3]利用名義應(yīng)力法和Miner線(xiàn)性疲勞累積損傷理論對(duì)轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架側(cè)架進(jìn)行了疲勞壽命評(píng)估。楊海賓[4]基于局部應(yīng)力應(yīng)變法計(jì)算了重載車(chē)鉤裂紋的萌生壽命，又根據(jù)斷裂力學(xué)理論對(duì)鉤舌和鉤體裂紋進(jìn)行了擴(kuò)展過(guò)程模擬和剩余壽命研究。王強(qiáng)強(qiáng)[5]以C80貨車(chē)轉(zhuǎn)向架線(xiàn)路實(shí)測(cè)的載荷譜為基礎(chǔ)，對(duì)搖枕排水孔和側(cè)架內(nèi)彎角處的裂紋進(jìn)行了擴(kuò)展規(guī)律研究，得出了結(jié)構(gòu)的剩余壽命。姜清海[6]基于車(chē)輛動(dòng)力學(xué)理論建立車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，探討了交叉支撐裝置對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能的貢獻(xiàn)，并分析了交叉桿壁厚對(duì)動(dòng)力學(xué)性能影響。目前的交叉桿按照160萬(wàn)km定期檢修，并結(jié)合TFDS[7-8]圖像識(shí)別系統(tǒng)檢測(cè)變形以及部件丟失故障，由于此部件處于轉(zhuǎn)向架簧下，結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋缺陷不易通過(guò)既有的檢修規(guī)程發(fā)現(xiàn)，因此需要結(jié)合斷裂力學(xué)的擴(kuò)展方法對(duì)既有修程的狀態(tài)維修進(jìn)行補(bǔ)充完善。

交叉桿作為我國(guó)鐵路貨車(chē)轉(zhuǎn)向架最為重要的部件，提高了轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度和曲線(xiàn)通過(guò)能力，對(duì)重載貨車(chē)的運(yùn)行安全性有著重要的作用[9]。本文針對(duì)服役一個(gè)維修周期的交叉桿開(kāi)展基于裂紋擴(kuò)展斷裂失效的剩余壽命研究，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)探索結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展行為以及失效形態(tài)，并結(jié)合線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)方法對(duì)結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展行為進(jìn)行參數(shù)化研究，為重載列車(chē)交叉桿組成的修程修制改革以及檢修周期提供重要支撐。

1 交叉桿結(jié)構(gòu)組成

目前我國(guó)提速鐵路貨車(chē)主型轉(zhuǎn)向架為轉(zhuǎn)K2、轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架，均采用下交叉桿[10]。該結(jié)構(gòu)主要由桿體、端頭安裝結(jié)構(gòu)和中部扣板等組成，其中桿體是由鋼管型材在模具上沖壓而成。桿體上共有3處壓窩，1處位于交叉桿中部，稱(chēng)為中部壓窩，剩余2處壓窩在交叉桿端部，稱(chēng)為端部壓窩。交叉桿結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 交叉桿結(jié)構(gòu)組成示意圖

2 交叉桿失效形式

交叉桿從應(yīng)用至今，經(jīng)過(guò)了大量的優(yōu)化工作，結(jié)合交叉桿目前的服役狀態(tài)，盡管在出廠(chǎng)時(shí)會(huì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量校核驗(yàn)證，但仍不能避免其在服役過(guò)程中發(fā)生失效破壞。

轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架交叉桿自2007年裝車(chē)服役至今均能滿(mǎn)足一個(gè)廠(chǎng)修期(160萬(wàn)km)的服役要求。其故障形式主要包括：端部桿體彎曲、中部桿體斷裂、端頭螺栓松動(dòng)[7-8]，排除偶然外物導(dǎo)致的變形外，疲勞裂紋失效是主要的破壞形式，因此結(jié)構(gòu)的疲勞壽命及可靠性是反映服役周期壽命和安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素，圖2為轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，圖3為該轉(zhuǎn)向架交叉桿故障形式。

圖2 轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)

圖3 轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架交叉桿故障圖像[7-8]

3 裂紋擴(kuò)展斷裂失效試驗(yàn)分析

3.1 試樣信息

為研究交叉桿的斷裂形式和壽命，對(duì)其開(kāi)展臺(tái)架試驗(yàn)，進(jìn)而探索其失效規(guī)律。選取C80型貨車(chē)轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架交叉桿，采用標(biāo)準(zhǔn)載荷開(kāi)展臺(tái)架試驗(yàn)，交叉桿試樣如圖4所示，交叉桿結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)臺(tái)架如圖5所示。以350萬(wàn)次疲勞載荷作用后探傷無(wú)表面裂紋的試件作為研究對(duì)象，其中350萬(wàn)次疲勞循環(huán)臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)應(yīng)160萬(wàn)km服役運(yùn)行里程[11]。

圖4 交叉桿試樣

圖5 交叉桿結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)臺(tái)架

交叉桿疲勞標(biāo)準(zhǔn)載荷如表1所示，按照B-C-A-D載荷級(jí)別順序進(jìn)行加載試驗(yàn)。

表1 交叉桿疲勞標(biāo)準(zhǔn)載荷

3.2 試驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)前期調(diào)研結(jié)果[12]，交叉桿的桿體壓窩處應(yīng)力較大，容易萌生裂紋；此外，交叉桿中部壓窩處本身不易觀(guān)測(cè)到裂紋，在日常檢修中也難以發(fā)現(xiàn)，因此更有研究?jī)r(jià)值。

為了研究交叉桿的失效斷裂情況，具體試驗(yàn)分為以下3個(gè)部分：

(1) 在交叉桿桿體中部壓窩處植入初始微裂紋，在標(biāo)準(zhǔn)載荷下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，研究初始小裂紋下的交叉桿裂紋擴(kuò)展行為；

(2) 在上述位置植入初始缺口，進(jìn)一步研究具有較大缺口下的交叉桿失效行為；

(3) 繼續(xù)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)使交叉桿失效，從而觀(guān)察交叉桿的失效行為。

試驗(yàn)具體過(guò)程如下：

首先，在交叉桿桿體中部壓窩處預(yù)制表面微裂紋(圖6)，通過(guò)機(jī)械加工引入平行于桿體截面的表面初始缺口為10 mm，深度為1 mm(圖7)。預(yù)制裂紋槽的目的是制造缺口效應(yīng)，提高應(yīng)力集中系數(shù)，并有效降低裂紋萌生載荷，從而加快裂紋擴(kuò)展疲勞試驗(yàn)速度。

圖6 引入微裂紋位置示意圖

圖7 初始缺口形態(tài)

初期按照表1中的D級(jí)載荷加載預(yù)制裂紋尖端，經(jīng)過(guò)146萬(wàn)次疲勞載荷加載后對(duì)缺口根部探傷未觀(guān)察到裂紋萌生形態(tài)。

在此基礎(chǔ)上，二次加深坡口進(jìn)一步預(yù)制缺口，二次坡口尖端深度為5 mm，表面長(zhǎng)度為20 mm，二次缺口位置及形態(tài)如圖8所示。

圖8 二次缺口位置及形態(tài)

然后按照表1中的D級(jí)載荷加載56萬(wàn)次后對(duì)缺口根部進(jìn)行探傷未發(fā)現(xiàn)裂紋萌生形態(tài)，進(jìn)而對(duì)表1中D級(jí)載荷放大1.4倍(試驗(yàn)臺(tái)最大極限載荷)。放大后的D級(jí)載荷為：水平載荷±35 kN，水平加載頻率2 Hz，扭轉(zhuǎn)位移±5.3 mm，扭轉(zhuǎn)加載頻率0.5 Hz。上述疲勞載荷循環(huán)作用12萬(wàn)次后在缺口根部出現(xiàn)宏觀(guān)較長(zhǎng)裂紋，磁粉探傷觀(guān)察裂紋表面長(zhǎng)度尺寸，裂紋尺寸為37 mm，裂紋形態(tài)為穿透張開(kāi)型裂紋，裂紋擴(kuò)展形態(tài)及尺寸見(jiàn)圖9。

圖9 裂紋擴(kuò)展形態(tài)及尺寸1

此時(shí)改變載荷，按照表1中的D級(jí)載荷疲勞循環(huán)10萬(wàn)次后，裂紋無(wú)明顯擴(kuò)展，進(jìn)一步探傷裂紋根部的形態(tài)及尺寸如圖10所示。

圖10 裂紋擴(kuò)展形態(tài)及尺寸2

進(jìn)一步按照表1中的D級(jí)載荷放大1.4倍進(jìn)行加載，經(jīng)過(guò)2萬(wàn)次疲勞載荷作用，探傷發(fā)現(xiàn)裂紋擴(kuò)展明顯，濕法磁粉探傷觀(guān)察裂紋擴(kuò)展形態(tài)及裂紋尺寸發(fā)現(xiàn)裂紋表面長(zhǎng)度為45 mm，均為I型張開(kāi)型裂紋，裂紋形態(tài)平行于桿體截面，裂紋擴(kuò)展形態(tài)及尺寸如圖11所示。接著經(jīng)過(guò)3.6萬(wàn)次疲勞載荷后交叉桿斷裂。

圖11 裂紋擴(kuò)展形態(tài)及尺寸3

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

交叉桿斷裂后的斷口裂紋形態(tài)及表面斷口裂紋尺寸如圖12所示。觀(guān)察斷口裂紋形態(tài)及尺寸發(fā)現(xiàn)，裂紋從桿體預(yù)制缺口初始裂紋源的半橢圓表面裂紋經(jīng)過(guò)疲勞載荷作用，在裂紋尖端穿透厚度后形成2個(gè)穿透型裂紋，平行于桿體截面方向沿桿體周向擴(kuò)展，整個(gè)裂紋擴(kuò)展形態(tài)以I型裂紋為主，壓型上側(cè)斷面擴(kuò)展速度慢于下側(cè)斷面。最終在桿體中部發(fā)生瞬斷，桿體失效。

圖12 交叉桿斷口裂紋形態(tài)及表面斷口裂紋尺寸

此外在擴(kuò)展試驗(yàn)過(guò)程中，在表1中的D級(jí)載荷作用下，桿體表面裂紋長(zhǎng)度37 mm裂紋尖端仍未達(dá)到擴(kuò)展門(mén)檻值，結(jié)合結(jié)構(gòu)實(shí)際服役過(guò)程中的載荷激勵(lì)，表1中的D級(jí)載荷較服役載荷更為惡劣，因此通過(guò)傷損結(jié)構(gòu)裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)得出結(jié)構(gòu)服役過(guò)程中可以將桿體截面橫向表面裂紋長(zhǎng)度48 mm作為臨界尺寸的報(bào)廢限度，以進(jìn)一步延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的服役壽命。

4 基于裂紋擴(kuò)展的交叉桿斷裂失效分析

4.1 裂紋擴(kuò)展分析方法

在線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)中，應(yīng)力強(qiáng)度因子K是判斷含裂紋結(jié)構(gòu)的斷裂和計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率的重要參數(shù)。應(yīng)力強(qiáng)度因子K的計(jì)算方法有解析法、有限元法、邊界元法、權(quán)函數(shù)法等[13]。解析法已經(jīng)不能適應(yīng)實(shí)際工程中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。M積分是一種表征缺陷體演變規(guī)律的有效方法，并表現(xiàn)為與積分路徑無(wú)關(guān)特性，大大減少了計(jì)算量。此外，F(xiàn)reund[14]利用M積分的一些特點(diǎn)，將其用來(lái)計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子，從而成功建立了M積分與應(yīng)力強(qiáng)度因子K之間的關(guān)系。再利用裂紋擴(kuò)展模型(Paris模型)，建立起裂紋擴(kuò)展與剩余壽命之間的關(guān)系。

采用多項(xiàng)式擬合裂紋前端擴(kuò)展角度和擴(kuò)展量，基于裂紋有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度ΔKeff的裂紋擴(kuò)展速率公式(Paris公式)如下：

(1)

(2)

式中：a——裂紋長(zhǎng)度；

N——疲勞載荷循環(huán)次數(shù)；

C，m——材料參數(shù)；

Δa——裂紋長(zhǎng)度迭代步長(zhǎng)。

采用基于臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子的斷裂準(zhǔn)則如下：

Kmax≤KIC

(3)

式中：Kmax——最大應(yīng)力強(qiáng)度因子；

KIC——斷裂韌度。

通過(guò)上述M積分以及裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則，提取有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度ΔKeff，基于Paris公式積分得到單次裂紋擴(kuò)展所對(duì)應(yīng)的疲勞載荷循環(huán)次數(shù)，累積得到裂紋擴(kuò)展至一定長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)總疲勞載荷循環(huán)次數(shù)。

4.2 模型建立及邊界條件

4.2.1 材料裂紋擴(kuò)展參數(shù)

根據(jù)《機(jī)械工程材料性能數(shù)據(jù)手冊(cè)》[15]桿體材料裂紋擴(kuò)展參數(shù)，建立基于Paris公式的均值裂紋擴(kuò)展速率模型，表征疲勞裂紋擴(kuò)展速率的Paris公式如下：

(4)

式中：ΔK——應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍。

基于Paris公式表征的均值裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)如表2所示。其中Kth為裂紋擴(kuò)展的門(mén)檻值，KIC為斷裂韌度，該參數(shù)通過(guò)手冊(cè)查得，基于標(biāo)準(zhǔn)CT試樣在應(yīng)力比為-1條件下得到。

表2 基于Paris公式表征的均值裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)[15]

4.2.2 邊界條件

裂紋擴(kuò)展仿真模型的載荷輸入取與前文疲勞試驗(yàn)相同的載荷，即水平載荷±35 kN，扭轉(zhuǎn)位移±5.3 mm。其載荷對(duì)應(yīng)的邊界條件為：水平載荷通過(guò)在一端施加Y向水平力，釋放同側(cè)端頭Y向平動(dòng)自由度，約束XZ方向平動(dòng)自由度，另一側(cè)端頭Z向施加反向位移，約束兩端的XY方向平動(dòng)自由度。具體邊界條件施加示意圖如圖13所示。

圖13 邊界條件施加示意圖

4.2.3 子模型劃分

為了便于計(jì)算并節(jié)約計(jì)算時(shí)間，對(duì)交叉桿桿體中部壓窩危險(xiǎn)局部區(qū)域進(jìn)行劃分，作為裂紋擴(kuò)展區(qū)域，并基于圣維南原理，對(duì)該區(qū)域施加強(qiáng)制位移邊界條件。后續(xù)基于劃分后的子模型對(duì)交叉桿進(jìn)行裂紋擴(kuò)展分析，劃分后的子模型如圖14所示。

圖14 裂紋擴(kuò)展子模型示意圖

4.3 基于初始缺陷的裂紋擴(kuò)展分析

4.3.1 引入初始缺陷(裂紋)

基于裂紋擴(kuò)展子模型，在疲勞試驗(yàn)初始缺陷處引入初始裂紋，裂紋垂直于桿體平面并平行于桿體截面，裂紋類(lèi)型為半橢圓表面裂紋，裂紋表面半長(zhǎng)5 mm、深1 mm，初始裂紋的裂紋擴(kuò)展模型如圖15所示，裂紋擴(kuò)展方向由最大周向拉應(yīng)力準(zhǔn)則確定[16-18]。

圖15 引入初始裂紋的裂紋擴(kuò)展模型

4.3.2 裂紋擴(kuò)展仿真過(guò)程

在初始裂紋下，裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子略大。伴隨著裂紋擴(kuò)展，裂紋表面應(yīng)力強(qiáng)度因子逐漸大于深度前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子，說(shuō)明裂紋表面擴(kuò)展較快，而裂紋的深度方向擴(kuò)展較慢。此外，在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，裂紋以I型(張開(kāi)型)半橢圓形擴(kuò)展為主，II、III型裂紋影響較小。

在擴(kuò)展過(guò)程中，裂紋由橢圓表面裂紋擴(kuò)展至2個(gè)穿透裂紋，分別以A裂紋表示沿桿體周向上表面裂紋，以B裂紋表示沿桿體周向下表面裂紋。擴(kuò)展到一定程度時(shí)，A裂紋與B裂紋相遇，結(jié)構(gòu)在交叉桿桿體中部壓窩發(fā)生瞬斷失效。

通過(guò)求解每一步裂紋擴(kuò)展前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子，根據(jù)Paris公式，對(duì)裂紋長(zhǎng)度和應(yīng)力強(qiáng)度因子積分得到裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度與疲勞載荷循環(huán)次數(shù)之間的壽命關(guān)系曲線(xiàn)。圖16兩側(cè)分別給出了A、B裂紋的裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度、深度與疲勞載荷循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線(xiàn)，圖16中部給出了裂紋擴(kuò)展區(qū)域處的淺表面裂紋在疲勞載荷作用下擴(kuò)展至臨界裂紋斷裂狀態(tài)的裂紋形態(tài)以及沿桿體周向的2個(gè)視角的裂紋擴(kuò)展軌跡。

圖16 交叉桿桿體裂紋擴(kuò)展仿真結(jié)果

由圖16仿真結(jié)果顯示，裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，在1.6×105次循環(huán)之前，裂紋擴(kuò)展速度較慢，處于穩(wěn)定擴(kuò)展階段；在1.6×105次循環(huán)之后，裂紋擴(kuò)展速度明顯加快，處于快速擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展階段，當(dāng)裂紋達(dá)到臨界尺寸時(shí)，裂紋擴(kuò)展速度達(dá)到最快。

4.4 仿真結(jié)果分析

通過(guò)裂紋擴(kuò)展仿真結(jié)果分析，可以直觀(guān)展示出裂紋擴(kuò)展過(guò)程中裂紋的三維擴(kuò)展軌跡。由于交叉桿在交互載荷作用下以I型裂紋擴(kuò)展為主，裂紋尖端張開(kāi)角度逐步擴(kuò)大，整體裂紋擴(kuò)展形態(tài)沿桿體橫向截面擴(kuò)展，伴隨有裂紋角的偏轉(zhuǎn)，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至桿體壓窩另外一側(cè)時(shí)桿體沿截面瞬斷。為更加直觀(guān)體現(xiàn)裂紋擴(kuò)展過(guò)程中的變化過(guò)程，圖17展示了裂紋擴(kuò)展第1、5、10、20、30、37步的裂紋情況。

圖17 裂紋擴(kuò)展過(guò)程圖(變形放大10倍)

5 失效形式對(duì)比分析及維修建議

從以上對(duì)交叉桿的疲勞試驗(yàn)和裂紋擴(kuò)展仿真分析來(lái)看，在交叉桿薄弱位置引入初始缺陷后，交叉桿在相同載荷作用下都發(fā)生了裂紋擴(kuò)展行為。裂紋均以I型裂紋為主，裂紋穿透后都變?yōu)?個(gè)裂紋前緣進(jìn)行擴(kuò)展，最后都在桿體中部發(fā)生了失效瞬斷?？梢哉f(shuō)裂紋擴(kuò)展仿真與實(shí)際臺(tái)架試驗(yàn)的裂紋擴(kuò)展具有較好的一致性，具有一定的參考意義。

TG/CL 110—2011《鐵路貨車(chē)廠(chǎng)修規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)交叉桿桿體出現(xiàn)橫向裂紋時(shí)，交叉桿整體直接作報(bào)廢處理。這種做法雖然能夠避免交叉桿出現(xiàn)故障，但也會(huì)導(dǎo)致大量的浪費(fèi)。此外，在實(shí)際檢修過(guò)程中，由于TFDS圖像識(shí)別系統(tǒng)本身的局限性，僅僅對(duì)結(jié)構(gòu)的彎曲變形和較大尺寸的裂紋檢測(cè)報(bào)警。故只能通過(guò)頻繁拆卸交叉桿組成進(jìn)行檢修，這樣反而可能對(duì)結(jié)構(gòu)本身帶來(lái)不必要的傷害。

由交叉桿疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在桿體截面橫向表面裂紋長(zhǎng)度為37 mm時(shí)，裂紋尖端仍未達(dá)到擴(kuò)展門(mén)檻值，故可以將桿體橫向表面裂紋長(zhǎng)度37 mm作為交叉桿的檢修標(biāo)準(zhǔn)，將48 mm裂紋長(zhǎng)度作為臨界尺寸的報(bào)廢限度。

因此，在具體檢修過(guò)程中，可將37 mm檢修標(biāo)準(zhǔn)與TFDS圖像識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，改進(jìn)后的檢修流程如圖18所示。對(duì)于桿體發(fā)生較大完全變形的情況，使用TFDS進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)于桿體出現(xiàn)裂紋的情況，則使用37 mm檢修標(biāo)準(zhǔn)，彌補(bǔ)TFDS圖像檢測(cè)系統(tǒng)的不足，更好地指導(dǎo)交叉桿的檢修。

圖18 改進(jìn)后的檢修流程

6 結(jié)論

(1) 對(duì)轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架交叉桿開(kāi)展了裂紋擴(kuò)展斷裂失效疲勞試驗(yàn)，在交叉桿桿體薄弱位置引入初始裂紋，通過(guò)裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，得出了交叉桿桿體裂紋擴(kuò)展過(guò)程、失效形式及斷口裂紋形態(tài)。

(2) 基于線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)方法建立了交叉桿桿體裂紋擴(kuò)展模型，對(duì)交叉桿進(jìn)行裂紋擴(kuò)展仿真，仿真得出的裂紋擴(kuò)展形態(tài)與疲勞試驗(yàn)結(jié)果相一致，對(duì)交叉桿桿體裂紋擴(kuò)展行為研究具有指導(dǎo)意義。

(3) 基于交叉桿疲勞試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)前鐵路貨車(chē)修制的不足，建議將桿體截面出現(xiàn)橫向表面裂紋長(zhǎng)度37 mm作為進(jìn)行檢修交叉桿的標(biāo)準(zhǔn)，將48 mm作為臨界尺寸的報(bào)廢限度。該建議與TFDS圖像識(shí)別系統(tǒng)相結(jié)合可彌補(bǔ)當(dāng)前TFDS系統(tǒng)的不足，延長(zhǎng)此長(zhǎng)服役周期部件的壽命，更好地指導(dǎo)交叉桿的檢修。