ИЗНОС РЕЛЬСОВ
Анализ продольного шлифа го-
ловки рельса, схематически приве-
денного на рис. 3, показывает, что
в качестве эквивалентной модели
сдвигового
трещинообразования
целесообразно использовать чере-
дование трещин, тесно прилегаю-
щих одна к другой.
Рассмотрение
в этом качестве плоско-параллель-
но расположенных периодических
трещин оправданно, так как обра-
зование выкрашиваний в виде по-
лосок происходит в результате рас-
слоения материала в зоне действия
сдвиговых
напряжений.
Чтобы
ограничить объем расчетов, из мо-
дели периодических трещин брали
только отдельную ячейку (рис. 3,
в),
образованную двумя вертикальны-
ми трещинами, выходящими на по-
верхность, и
внутренней горизон-
тальной, расположенной между ни-
ми. Разумеется, возможны и другие
формы ячеек.
Хотя
нормальная сила
сжатия
р(х
,
Г)
действует
на
ячейку,
вы-
бранную в качестве модели разру-
шения, по оси симметрии, эта си-
туация не является предметом ме-
ханики разрушения, поскольку ка-
сательная сила
q{x, {)
перемещается
слева направо.
При расчетах методом конечных
элементов исходят из того, что по-
верхностные трещины,
а следова-
тельно, и обе трещины ячейки моде-
ли могут закатываться под действи-
ем колесной нагрузки, что предот-
вратит их распространение вглубь.
В то же время во внутренней при-
веденной трещине модели, вызван-
ной сдвиговыми напряжениями, ка-
сательные напряжения уменьшают-
ся в связи с действием сил трения
в области поверхностных трещин.
Это в модели не учитывалось, по-
этому коэффициент интенсивности
нагрузки
Ки
в вершинах I и 2 вну-
тренней трещины (рис. 4) оказался
несколько завышенным.
На принятой модели были рас-
считаны
коэффициенты
интен-
сивности
напряжений
в
четырех
вершинах
трещин
для
нагрузки,
а)
П о в е р хн о стн ы е тр ещ и н ы
О б л а с ть п о вр еж д ен и я сд в и го м
б)
п р и ве д ен н ы е к о д н о л и н е й н о м у вид у
в )
Я ч е й ка
Рис. 3. Сдвиговые разрушения металла
в глубине головки рельса:
а —
периодические трещины по кромкам
и сдвиговые разрушения:
б —
эквивалент-
ная модель механизма разрушения; в -
простая сеточная модель с ячейкой из трех
трещин
4
р
1
4—
I
Рис. 4. Обозначения вершин трещин
в модели:
1
и
2 —
вершины эквивалентной (внутрен-
ней) трещины сдвига (длина
2
а,
глубина
За):
3 и 4-то же, двух соседних
поверхностных трещин (расстояние
2
а,
глубина
а)
Рис. 5. Распределение нормальной (Р) и
касательной (т) сил в сеточной модели:
7, 2 —
вершины сдвиговой трещины;
3 ,4 —
то же, поверхностных трещин
распределенной
по
параболе
(рис.
5).
Расчеты
выполнены для
семи различных значений
хг/а
(где
хР—
расстояние от точки приложе-
ния вертикальной нагрузки до оси
симметрии;
а —
половина
длины
приведенной
трещины
сдвига),
а
также для пяти значений коэффи-
циента сцепления р, равных 0,2,0,3,
0,4, 0,5 и 0,6. В случае приближаю-
щейся нагрузки принято
хг/а
< 0, в
случае удаляющейся —
хг/а >
0. Дей-
ствующая нагрузка на колесо 50 кН
была пересчитана на контактное ли-
нейное напряжение сжатия с макси-
мальным значением 600 Н/мм2.
При
нормальной
и
сдвиговой
нагрузках в сеточной модели коэф-
фициенты интенсивности напряже-
ний
К1
(степень раскрытия попереч-
ных трещин) и
Кп
(трещина сдвига),
определяемые на вершинах трещин,
характеризуют опасную
нагрузку.
Трещина растет, если суммарный
коэффициент
интенсивности
на-
пряжения
К
= /(
Кг К(1)
равен вязко-
сти разрушения материала.
Расчет, выполненный методом
конечных элементов, показал, что
коэффициент
Ки
в противополож-
ность
К1
может быть и положитель-
ным, и отрицательным, т. е. направ-
ление
сдвига
может
изменяться.
Значение
Ки
будет положительным,
если в зоне вершины напряжения
сдвига отклоняют трещину вправо
(по часовой стрелке), и отрицатель-
ным при отклонении трещины про-
тив часовой стрелки (рис. 6).
Расчетом установлено, что тре-
щины с вершинами
3
и
4
увеличи-
ваются,
когда
нагрузка над
ними
убывает (подвижной состав удаля-
ется); при этом трещина с верши-
ной
4
растет уже при
х?/а
= 2. Такое
нагружение преобладает в вершине
трещины только на конечном этапе
качения, до этого трещины на кром-
ке под действием силы сдвига
q{x,
£),
направление которой совпадает с
направлением движения, закрыты.
Большая тангенциальная сила в зо-
не контакта может далее раскрыть
трещину на конечном этапе качения
60
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, № 12
предыдущая страница 61 Железные дороги мира 2011 12 читать онлайн следующая страница 63 Железные дороги мира 2011 12 читать онлайн Домой Выключить/включить текст