ИЗНОС РЕЛЬСОВ
На диаграмме
(рис.
1)
в коор-
динатах т —
у (где у —
угол, харак-
теризующий деформацию сдвига)
состояние упругого материала вы-
ражается прямой линией. Неповре-
жденному исходному материалу со-
ответствует самая
крутая
прямая
при модуле сдвига
С0.
Если же ма-
териал подвергается упругому раз-
рушению по мере возрастания цик-
лического нагружения, то, пока не
достигнут предел текучести (рис. 1,
а),
модуль сдвига будет становиться
все меньше, т. е.
йд >
О, >
>...; при
полной нагрузке обычно нет ника-
кой
остаточной деформации.
Мо-
нотонное убывание модуля сдвига
свидетельствует о монотонном ро-
сте повреждения сдвига.
Упругопластическая характери-
стика
материала,
склонного
к
по-
вреждению
сдвигом,
показана
на
рис.
1, б и в,
где т1
( —
предел текуче-
сти. Каждый раз после снятия каса-
тельной
нагрузки
(качение отсут-
ствует) остается определенная пла-
стическая деформация, но в то же
время
уменьшается
модуль
сдви-
га. Для материалов, подвергнутых
упрочнению,
такое
же
поврежде-
ние сдвигом возникает, если каса-
тельная нагрузка непрерывно уве-
личивается. Собственно, на метро-
политене этого не происходит, так
как рабочая нагрузка здесь сущест-
венно не повышается.
Под действием касательных на-
пряжений происходит монотонное
убывание модуля сдвига, в резуль-
тате чего материал в этой области
разрушается.
Сначала
появляют-
ся обособленные микротрещины, а
затем все в большем количестве по
границам зерен возникают микро-
дефекты
(мезотрещины).
Они об-
разуют сетку, которая становится
неоднородной.
Вследствие
слия-
ния
(коалесценции) трещин обра-
зуется одна макротрещина или их
колония,
расположенная
в
пло-
скости, параллельной поверхности
катания.
Для
расчета
этих
физических
процессов необходимо определен-
Рис. 2. Усталостные дефекты рельса:
а —
квазипериодическое распределение поверхностных трещин на рабочей грани головки
рельса;
б —
выкрашивание металла; в —
излом рельса
ное абстрагирование, а также при-
нятие некоторых упрощений.
Строго говоря, локальная
про-
блема образования трещины не яв-
ляется предметом изучения в меха-
нике разрушения сплошных сред,
хотя от этого зависит большая часть
срока службы рельсов. Кроме того,
на сегодняшний день отсутствуют
убедительные
методы
определе-
ния срока службы. В данном случае
оценка выполнена с помощью ви-
доизмененных кривых Велера, ко-
торые получают только на основе
опытных данных.
Большинство специалистов, ра-
ботающих в этой области, считают,
что в соответствии с требованиями
механики разрушения достаточно
знать длину начальной (исходной)
трещины, чтобы рассчитать ее даль-
нейший рост.
Многолетний
опыт
эксплуата-
ции линий Венского метрополитена
показывает, что большая часть сро-
ка службы приходится на период до
начала образования трещины под
действием касательных сил, вызы-
вающих в локальной области сдви-
говые повреждения. Если длина на-
чальной трещины увеличилась до
1 мм, оставшийся срок службы со-
ставит всего несколько процентов
продолжительности
работы
рель-
сов с момента укладки.
Чтобы
получить
количествен-
ные результаты на этапе между пер-
воначальным образованием трещи-
ны и ее превращением в макротре-
щину из скопления микротрещин
и
понять
протекающие
физиче-
ские
процессы,
следует обратить-
ся к простой сеточной модели, ко-
торая позволяет объяснять наблю-
даемые выкрашивания на поверх-
ности катания рельсов.
При этом
важно, что вертикальные трещины
в отличие от усталостных, направ-
ленных
под углом
к
поверхности
катания головки рельса, имеют от-
носительно большую ширину и не-
значительную глубину. Для
полу-
чения
грубой
оценки
можно
при-
нять двухмерную модель, которая
позволяет выявить тенденцию рас-
пространения трещины.
Сеточная модель
Как показали исследования, по-
верхностные
трещины
распреде-
ляются
квазипериодически
попе-
рек направления движения (рис. 2),
причем средняя величина интерва-
ла между ними составляет 1- 2 мм.
Исходя
из
того,
что
предполо-
жительно
максимум
касательно-
го
напряжения
находится
на
глу-
бине 1 мм под поверхностью ката-
ния рельса, в качестве двухмерной
модели
предлагают
периодиче-
ское распределение трещин одина-
ковой глубины.
Разрушение сдви-
гом материала на глубине, где каса-
тельные напряжения максимальны
(рис. 3,
а
), т.е. образуются внутрен-
ние трещины, в пределах локализа-
ции повреждения моделируется пе-
риодической последовательностью
прерывистых трещин (рис. 3,
б).
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, № 12
59
предыдущая страница 60 Железные дороги мира 2011 12 читать онлайн следующая страница 62 Железные дороги мира 2011 12 читать онлайн Домой Выключить/включить текст