Оценка нагруженности осей колёсных пар вагонов с учётом остаточных напряжений, вызванных механическим упрочнением

• Автор: Томашевский, Сергей Брониславович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ, ВОЗНИКАЮЩЕГО В ОСЯХ КОЛЁСНЫХ ПАР ВАГОНОВ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ УПРОЧЕНИИ
1.1. Основные сведения о конструкции осей колёсных пар
1.2. Остаточные напряжения в осях колёсных пар и методы их оценки
1.3. Постановка цели и задач исследования. Принятые в работе допущения
ГЛАВА 2. РЕШЕНИЕ КОНТАКТНОЙ ЗАДАЧИ КАЧЕНИЯ УПРОЧНЯЮЩЕГО РОЛИКА ВОКРУГ ОСИ КОЛЁСНОЙ ПАРЫ С УЧЁТОМ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ ЕЁ МАТЕРИАЛА
2.1. Моделирование контактного взаимодействия ролика и оси в упругой постановке
2.1.1. Контактная задача о взаимодействии ролика и оси, методы её решения
2.1.2. Моделирование упругого взаимодействия ролика и оси колёсной пары на основе релаксационного алгоритма
2.1.3. Тестирование математической модели взаимодействия ролика и оси в упругой постановке
2.2. Моделирование упругопластических деформаций при контактном взаимодействии ролика и оси
2.2.1. Модели учёта упругопластических деформаций в оси колёсной пары, основные гипотезы и соотношения
2.2.2. Моделирование упругопластических деформаций при контактном взаимодействии ролика и оси
2.2.3. Тестирование методики учёта упругопластических деформаций при взаимодействии ролика и оси

2.2.3.1. Растяжение пластины с отверстием
2.2.3.2. Воздействие абсолютно жёсткого индентора на деформируемый образец
2.3. Моделирование процесса качения упрочняющего ролика по поверхности оси колёсной пары
2.3.1. Методика решения контактной задачи качения ролика вокруг оси с учётом её упругопластического деформирования
2.3.2. Сопоставление результатов математического моделирования процесса качения с данными эксперимента
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОСИ КОЛЁСНОЙ ПАРЫ С НЕУПРОЧНЁННЫМ ПОВЕРХНОСТНЫМ СЛОЕМ
3.1. Конечноэлементная идеализация системы «колёсная пара-буксовый узел» грузового вагона
3.2. Результаты решения контактной задачи
ГЛАВА 4. РАСЧЁТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ОСИ КОЛЁСНОЙ ПАРЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ЕЁ УПРОЧНЕНИЯ
4.1. Формирование поверхностного слоя оси в процессе механического упрочнения её поверхности
4.2. Оценка напряжённо-деформированного состояния поверхностного слоя оси в зависимости от режимов её механического упрочнения
4.2.1. Влияние усилия упрочнения
4.2.2. Влияние подачи и скорости движения ролика
4.2.3. Влияние геометрии ролика
4.3. Особенности упрочнения гантельных участков оси

ГЛАВА 5. РАСЧЁТНАЯ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЖЕННО-СТИ ОСИ КОЛЁСНОЙ ПАРЫ
5.1. Построение смешанного блока нагружения оси колёсной пары
5.2. Возможные подходы к оценке долговечности оси колёсной пары
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
П1 Химический состав и основные механические свойства осевой стали
П2 Аналитическое решение задачи Герца
ПЗ Оценка коэффициентов влияния упрочнения для галтель-ных участков оси колёсной пары

2.1.3. Тестирование математической модели взаимодействия ролика и оси в упругой постановке
Одной из немногих задач механики контактного взаимодействия, имеющей аналитическое решение, является задача Герца о распределении контактных давлений между двумя соприкасающимися телами, поверхности которых описаны полиномами второй степени.
Для тестирования программной реализации алгоритма решения контактной задачи рассмотрен частный случай задачи Герца - контакт двух тел
вращения со взаимно параллельными осями (рис. 2.1а). Первое тело - цилиндр с радиусом Я|=65 мм (именно такой радиус кривизны имеет один из участков оси РУ1Ш - 950 ГОСТ 31334-2007 грузового вагона). Второе тело -ролик с радиусом 12=75 мм и профильным радиусом
Я2нР=19 мм (сходную геометрическую форму имеет упрочняющий ролик, используемый при механическом упрочнении участка оси колёсной пары радиусом 65 мм). Для краткости изложения далее будем называть первое тело цилиндром, а второе -роликом.
Решение данной задачи произведено двумя способами: аналитически и численно. Аналитическое решение, выполненное на основе зависимостей Герца, приведено в приложении 2. Для численного решения использовалась

а) б)
Рис. 2.1. Схема контакта двух тел вращения: а - геометрия взаимодействующих тел; б - конечноэлементная модель