ИЗНОС РЕЛЬСОВ
трещины. Только воспользовавшись
показателем
т
=
Ки/Кр
можно по-
нять, в каком направлении трещи-
на развивалась бы дальше, если бы
коэффициент интенсивности напря-
жений
К
достиг критического значе-
ния, равного вязкости разрушения
К .
Для оценки роста трещины очень
важна диаграмма
скорости ее рас-
пространения в зависимости от раз-
маха А
К;
(так называемая диаграмма
Пэриса), причем считается, что тре-
щина развивается в одной плоскости.
Дальнейшей проблемой являет-
ся определение критической геомет-
рии трещин. Это достаточно сложно
при наличии уже двух трещин, ока-
зывающих взаимное влияние на на-
правление и длину каждой из них. В
этой ситуации скорее можно опре-
делить только критический образец
трещины, который сам изменяется
после каждого изменения нагрузки.
Следует также учитывать возмож-
ность слияния трещин, главным об-
разом поверхностных, с внутренней
трещиной сдвига. При этом может
возникнуть сквозная трещина
(из-
лом) либо произойдет выкрашива-
ние в виде полосок. Разумеется, само
слияние трещин определяется ско-
ростью их распространения, т.е. пе-
ремещения их четырех вершин, что
в свою очередь связано с коэффици-
ентами А
К1
и АК/;и обусловлено дли-
ной трещин, средним значением на-
пряжений
и
специфическими для
материала параметрами. Различают
три основных случая слияния:
• поверхностная трещина развива-
ется быстрее, чем могут соединить-
ся две внутренние, т.е. она уходит в
глубину головки рельса, а внутрен-
ние трещины соединяются с ней и,
следовательно, больше не растут;
• две соседние внутренние трещи-
ны сливаются, прежде чем поверх-
ностная трещина достигнет зоны
сдвига;
• поверхностная трещина слива-
ется с внутренней.
В двух последних случаях может
произойти излом, однако расчеты,
на базе которых сделан этот вывод.
проводились только для нагрузки
контакта
качения.
В действитель-
ности
же
в головке рельса
проис-
ходит достаточно сложное распре-
деление напряжений. Для поверх-
ностных трещин определяющими
являются продольные напряжения
(вследствие
воздействия темпера-
тур), изгибные (вследствие непра-
вильного опирания) и остаточные,
а также пластические деформации
в верхнем слое головки рельса. Ре-
зультирующие продольные растя-
гивающие напряжения приводят к
увеличению
амплитуды
напряже-
ний в контакте качения и вместе с
тем ускоряют рост поверхностных
трещин,
вследствие чего
повыша-
ется вероятность хрупкого излома.
Периодические трещины
В верхнем слое материала голов-
ки рельса одновременно происхо-
дят пластическая приработка и из-
нос. Сложные упругопластические
процессы в этой зоне можно пояс-
нить
с помощью достаточно
про-
стых рассуждений.
Поверхностные трещины на ра-
бочей
кромке,
периодически
на-
гружаемые
продольными
растя-
гивающими напряжениями, могут
прекратить рост и, напротив, под
действием тяговой нагрузки могут
распространяться быстрее в связи с
повышением коэффициента трения.
В общем случае здесь действуют на-
пряжения как продольные растяги-
вающие, так и создаваемые тягой.
В связи с этим возникает вопрос:
остановится ли рост групп поверх-
ностных трещин при определенном
соотношении коэффициентов
К1
и
Кп
или соответственно А
К;
и А
К1Г
Возможно, что обычные поверх-
ностные трещины могут углублять-
ся в рельс, не приводя ни к выкра-
шиваниям, ни к изломам, так как
по достижении длины нескольких
миллиметров
они
перестают
рас-
ти.
Рельсы
с
такими
трещинами
способны служить достаточно дол-
го. С другой стороны, касательные
напряжения
сдвига
при
качении
провоцируют рост, причем направ-
ление их роста может меняться. Не-
ограниченный рост таких трещин,
как правило, приводит к выкраши-
ваниям. Тем не менее, несмотря на
то
что
поверхность рельса
повре-
ждена, излома не происходит.
Полный
излом
рельса
может
произойти
в
случае,
когда
каса-
тельные напряжения сдвига значи-
тельно меньше, чем действующие
в
головке
рельса
растягивающие,
обусловленные
упоминавшимися
ранее факторами. При этом поверх-
ностная трещина растет в результа-
те взаимодействия постоянных рас-
тягивающих напряжений с напря-
жениями, вызываемыми качением.
Приведенные теоретические рас-
суждения соответствуют практиче-
скому опыту линий Венского метро-
политена, на которых есть участки
рельсов с периодическими трещи-
нами на рабочей кромке, имеющи-
ми глубину 1- 2 мм; расстояние ме-
жду ними примерно равно 2 мм. При
этом, однако, не наблюдается ни их
распространение, ни выкрашивание.
В то же время в кривых есть участ-
ки, где из-за высокого трения между
колесом и рельсом периодические
трещины приводят к выкрашивани-
ям; возможны даже изломы рельса.
Кроме того,
в
некоторых
кривых
в
результате
уменьшения
трения
за
счет смазывания
скорость
рас-
пространения трещин значительно
снижается. С точки зрения механи-
ки разрушения возможно даже пре-
кращение роста таких трещин. Глу-
бина трещин
и
интервалы
между
ними могут быть отображены с по-
мощью статистического распределе-
ния. Изломы возможны только там,
где отдельная трещина энергетиче-
ски взаимодействует с соседними.
По материалам компаний Wiener Linien
(www.wienerlinien.at).
Scientific Consulting
(www.bamm.at),
Технического универси-
тета Вены TVFA
(www.tvfa.tuwien.ac.at);
Eisenbahntechnische Rundschau
, 2010, №
6
,
S. 396-402.
62
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, № 12
предыдущая страница 63 Железные дороги мира 2011 12 читать онлайн следующая страница 65 Железные дороги мира 2011 12 читать онлайн Домой Выключить/включить текст