КОЛЕСНЫЕ ПАРЫ
Основные модули программы Nasgro
Nasgro
Nasfla
Исследования процесса развития трещин
Nasmat
Расчет критической длины трещин
Расчет коэффициента интенсивности
напряжений
большее распространение и в дру-
гих областях техники.
Главный модуль Nasfla дает
возможность исследовать разви-
тие трещин в деталях и узлах, ис-
пытывающих циклические нагруз-
ки. Он включает в себя библио-
теку геометрий и конфигураций
трещин с соответствующими реше-
ниями для коэффициентов интен-
сивности напряжений. Основываясь
на конфигурациях трещин, можно
моделировать развитие усталост-
ных трещин для постоянных и пе-
ременных амплитуд нагрузки.
Поскольку программа Nasgro
хорошо зарекомендовала себя на
практике, было решено применить
ее также для исследований разви-
тия трещин в осях колесных пар.
Посредством вариативных вы-
числений
можно показать, как
влияют на развитие усталостных
трещин следующие факторы:
• уровень коллектива нагрузок;
• сборочные (усредненные) на-
пряжения;
• свойства материала, влияющие
на механику разрушения;
• глубина и длина трещин, обна-
руживаемых при дефектоскопии;
• последовательность нагруже-
ний.
Такое моделирование с точки
зрения механики разрушения по-
зволяет получить исходные дан-
ные для определения интервалов
контрольных проверок.
При моделировании разраста-
ния трещин в осях колесных пар
поезда ICE применили модель тре-
щины SC05, предлагаемую в про-
грамме Nasgro. Модель представ-
ляет собой пустотелую ось с тре-
щиной полуэллиптической формы
на наружной поверхности (рис. 3)
глубиной
а
и длиной 2с. Такая мо-
дель идеализирует реальную тре-
щину, которая в оси колесной па-
ры, как правило, возникает рядом
с подступичной частью.
При использовании такой мо-
дели трещины действующие по-
стоянные и изгибные напряжения
можно наложить друг на друга. Для
расчета осей колесных пар прини-
мают, что напряжения изгиба со-
ответствуют коллективу амплитуд,
возникающих в плоскости трещины.
Их рассчитывают с использованием
комплекса номинальных напряже-
ний, полученного в рамках измере-
ний, которые проводят в эксплуата-
ционных условиях. Постоянные на-
пряжения представляют собой нор-
мальные напряжения растяжения,
обычно возникающие рядом с под-
ступичной частью при запрессов-
ке колеса на ось. При расчетах про-
цесса дальнейшего развития тре-
щины в качестве изменяемых вели-
чин принимают амплитудные либо
усредненные напряжения. Можно
также варьировать начальную гео-
метрию трещины.
Коллектив нагрузок с измерен-
ными амплитудными напряжения-
ми <та, расчетными усредненными
напряжениями
о
ти поверхностным
напряжением оо показан на рис. 4 и
представлен выражением
+ «V
(10)
При моделировании
процес-
са развития трещины уровень кол-
лектива нагрузок был снижен в
5000 раз. Это позволило много-
кратно вводить этот параметр в хо-
де моделирования.
Параметры материала детали
для ввода в уравнение процесса раз-
вития трещины (см. уравнение (7))
были взяты из имевшихся источни-
ков. С помощью программы Nasgro
расчет производился для любой
комбинации нагрузок при задан-
ной геометрии трещины, а именно
глубиной
а,
длиной 2с. Эта форма
трещины является началом следую-
щего шага в ее развитии. Моделиро-
вание продолжается до тех пор, по-
ка интенсивность напряжений
Ктах
не достигнет значения
Кс.
Получен-
ные значения позволяют построить
кривые, представляющие собой за-
висимость глубины трещины от
числа циклов нагружения (пробе-
га) при различных видах нагрузки.
Влияние уровня коллектива нагру-
зок на развитие усталостных тре-
щин в осях колесных пар поезда ICE
показано на рис. 5.
Моделирование начиналось с
исходной глубины трещины 2 мм
и соотношения
a jc
, равного 0,882.
Кривая
1
отражает зависимость
глубины трещины от пробега для
коллектива амплитуд, действовав-
шего в ходе испытательных поез-
док. Как следует из графика, тре-
щина вначале растет очень медлен-
но по мере увеличения пробега, а
затем ее развитие скачкообразно
ускоряется до полной нестабиль-
Рис. 3. Модель трещины SC05 в программе Nasgro
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, №2
43
предыдущая страница 44 Железные дороги мира 2011 02 читать онлайн следующая страница 46 Железные дороги мира 2011 02 читать онлайн Домой Выключить/включить текст