ИЗНОС РЕЛЬСОВ
Исследования
контактно-
усталостных повреждений
р е л ь со в
при
качении
С
помощью методов механики разрушения и механики повре-
ждения сплошных сред удается рассчитать темп роста у ста -
лостных трещин на поверхности катания рельса, возникающих
при контакте качения. Для исследования таких повреждений
была принята сеточная модель. Расчет коэффициентов интен-
сивности напряжений в вершинах трещин выполнен методом
конечных элементов.
На основе полученных результатов вы-
явлена тенденция распространения трещин.
Повреждение материала
под действием касательных
напряжений сдвига
Колеса подвижного состава мет-
рополитена катятся по рельсам, как
правило, в одном направлении. Ба-
ланс
напряжений
в
рельсах
зави-
сит
от
режима
движения:
равно-
мерное,
с ускорением
или
замед-
лением
при
торможении,
по
пря-
мому пути или в кривых и т.д. На
рельсы
периодически
воздейству-
ют нормальные и касательные на-
пряжения.
Касательные
напряже-
ния при торможениях и ускорениях
(разгоне) направлены вдоль пути и
обусловливают его трудно опреде-
ляемую нагруженность. Кроме то-
го, поверхность катания постоянно
меняется вследствие износа, вызы-
ваемого трением, и вместе с ней из-
меняются
условия
контактирова-
ния колеса с рельсом. В результате
в рельсе к напряжениям сжатия до-
бавляются
касательные
напряже-
ния сдвига в продольном и попереч-
ном направлениях, изменяющиеся с
амплитудой до 200 Н/мм2.
Если колесо не набегает на рельс,
образуется простая зона контакта, а
если набегание имеет место, то зона
будет сложная, захватывающая ра-
бочую грань головки рельса и по-
верхность катания. Совместно дей-
ствующие нормальные и касатель-
ные напряжения могут в некоторых
ситуациях превышать предел теку-
чести.
На
рабочей
грани
головки
рельса в результате набегания ко-
леса
происходит
отшелушивание
материала, т. е. возникает неупру-
гая деформация, сопровождающая-
ся износом.Вероятно, упрочненная
наклепом зона контакта на поверх-
ности катания благодаря окружаю-
щим ее упругим областям сдержи-
вает такого рода неограниченную
пластическую деформацию, поэто-
му возможна только упругая
или
пластическая приработка.
Катящееся колесо, не имеющее
повреждений, создает максимум ка-
сательных напряжений, действую-
щих на рельс в продольном направ-
лении, на глубине
г ~
0,75
Ь,
где ве-
личина
Ь
равна половине ширины
зоны контакта. Для зоны контакта
шириной
10 мм
глубина,
на
кото-
рой касательные напряжения мак-
симальны, составляет,3,75мм. Ко-
гда дополнительно в зоне контак-
та действует касательная нагрузка <7,
вызванная торможением или разго-
ном, максимум касательных напря-
жений все больше смещается в на-
правлении поверхности, причем в
определенной области их величин
существуют два
максимума.
Если
же эти напряжения становятся еще
больше, то остается только макси-
мум на поверхности головки рель-
са, т.е. при 2 = 0.
В том случае, когда зона контак-
та
вследствие
шероховатости
по-
верхности
головки
рельса
распа-
дается на несколько подобластей,
максимумы касательных напряже-
ний располагаются ближе к поверх-
ности: примерно на глубине 1 мм. В
этой
области
микроструктура
ме-
талла играет решающую роль.
Под
действием
повторяющих-
ся касательных напряжений т (на-
пряжений сдвига)
в близкой к по-
верхности зоне разрушается струк-
тура и образуются микротрещины
на границах зерен перлитных коло-
ний. Для рассмотрения этого про-
цесса пригодна простая модель об-
разования разрушений при сдвиге.
Рис. 1. Прогрессирующее повреждение под действием напряжений сдвига:
а
в упругой области:
б
—в упругопластической области без упрочнения;
в
в упругопла-
стической области с упрочнением наклепом
58
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, № 12
предыдущая страница 59 Железные дороги мира 2011 12 читать онлайн следующая страница 61 Железные дороги мира 2011 12 читать онлайн Домой Выключить/включить текст