Моделирование и расчет напряженно-деформированного состояния рельсов с трещинами

• Автор: Гурбанов, Джавид Ганбар оглы
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Баку
• Количество страниц: 154 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Глава I. Моделирование напряженно-деформированного состояния в рельсах
1Л. Уточненная расчетная модель
1.2. Учет силы удара колеса
1.3. Решение износоконтактной задачи о вдавливании колеса в рельс
1.3.1. Решение вспомогательных задач в нулевом приближении
1.3.2. Интегральное уравнение износоконтактной задачи в нулевом приближении
1.3.3. Решение вспомогательных задач в первом приближении
1.3.4. Интегральное уравнение износоконтактной задачи в первом приближении
1.4. Расчет контактного давления, износа, силы удара и анализ напряженного состояния
1.5. Расчет оптимальной (равновесной) неровности поверхности катания
рельса
Глава II. Моделирование напряженно-деформированного состояния рельсов при наличии малых трещин
2.1. Метод расчета параметров разрушения рельса при наличии малых трещин
2.1.1. Случай действия контактных напряжений в местах соприкосновения колеса и рельса
2.1.2. Переменный вертикальный изгиб от воздействия давления колес и реакции пути между соседними колесами
2.2. Исследование зародышевой трещины в головке рельса
2.3. Моделирование напряженно-деформированного состояния рельса при
наличии малых трещин с контактирующими берегами
Основные результаты и выводы
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Развитие техники всегда ставит перед наукой о прочности материалов и конструкций новые задачи. Это связано с необходимостью повышения качества, надежности и долговечности машин и конструкций. При проектировании изделий транспортного машиностроения следует учитывать допустимую величину трещиноподобных дефектов. В связи с широким использованием высокопрочных материалов и крупногабаритных конструкций, сооружений в различных областях современной техники, теория распространения трещин в твердых телах приобрела особую актуальность.
Механика разрушения берет свое начало от работ Гриффита [86], продолженных Ирвином, Орованом и другими. С основными результатами в этой области можно ознакомится в монографиях В.В. Панасюка [81, 82], Ю.В. Колесникова и Е.М. Морозова [49], Г.П.Черепанова [109], В.З. Партона и Е.М. Морозова [85], В.В. Панасюка, М.П. Саврука и А.П. Дацьшшна [83], Л.И. Слепяна [94], Е.М. Морозова и М.В. Зернина [71], H.A. Махутова [65], М.П. Саврука [93], Н.Ф. Морозова [73], В.М. Мирсалимова [68], К. Хеллана [104] и других, в отдельных главах монографии Н.И. Мусхелишвили [75], а также в ряде обзорных статей Блума, Г.И. Баренблатта, Ирвина и Уэллса, Д.Д. Ивлева [41], Г.П. Черепанова, Си, Либовица, Райса, В.З. Партона и Г.П. Черепанова, П.М. Вит-вицкого, В.В. Панасюка, С.Я. Яремы [23] и других.
Достаточно полный обзор и анализ результатов исследований по механике разрушения и прочности материалов дан в справочном пособии в четырех томах [67] под общей редакцией В.В. Панасюка, а также в трудах 9-ой международной конференции по разрушению [35].
Научно-техническим прогрессом диктуется улучшение качества всех видов выпускаемой продукции, в том числе материалов, определяющих надежность и ресурс конструкций, машин и сооружений. Важнейшей задачей при этом является предупреждение преждевременного выхода из строя этих изделий, а, следовательно, увеличение срока их службы.

Для обеспечения надежности и безаварийной работы железнодорожного транспорта важное значение имеет своевременное обнаружение повреждений рельсов. Среди различных повреждений рельсов особый интерес для обеспечения нормальной работы транспорта представляют дефекты типа трещин. Как показывает практика, именно их усталостное развитие приводит чаще всего к преждевременному и внезапному разрушению рельсов [114]. Значения сил взаимодействия пути и подвижного состава, характер колебаний вагонов и локомотивов движущегося поезда связаны [66, 110-112] с особенностями конструкции и состоянием пути, в первую очередь его верхнего строения. Верхнее строение пути состоит из рельсов с рельсовыми креплениями, шпал и т.п., которые объединяют рельсы со шпалами в единую конструкцию [21, 110-112].
Рельсы создают непосредственную опору для колес экипажа и направляют их движение.
В [114] изучены различные виды повреждений железнодорожных рельсов и способы установления причин их образования. Выделены главные параметры, определяющие качество рельсов современного производства. Рассматриваются основные типы заводских пороков, являющихся причинами преждевременного разрушения рельсов. Даны задачи классификации дефектов и повреждений рельсов как основы массового исследования вопросов их качества, надежности и долговечности. Анализируются в деталях причины возникновения и механизм развития повреждений железнодорожных рельсов. Описаны способы борьбы с различными типами дефектов.
Повреждение и ремонт рельсов приводит к большим экономическим затратам. Как отмечается в монографии [114] «десятки научно-исследовательских и учебных институтов, заводских и дорожных лабораторий работают над продлением срока жизни рельса». Ежегодно на железных дорогах демонтируют с пути несколько десятков тысяч поврежденных и дефектных рельсов. Очевидно, что каждое исследование, повышающее долговечность рельсов, дает большой экономический эффект. Однако значение этой «рельсовой проблемы» не ограничивается значительной экономией за счет увеличения срока службы рельсов.

Граничные условия на верхней грани рельса представим в виде:
вне контактной площадки
сг„ = ау cos2 0 + iтх sin2 в -2т^ sin0cos0 =
г„ = (ау -crx)sinвcos0+ rw(cos2 0-sin20)=
на контактной площадке
а„ = оу cos2 в + ах sin2 в -2Туу sin в cos в = -р(х); гм = (ау — етх )sin О cos О + г (cos3 0-sin20) = -fp(x);
(1.34)
(1.33)
где в - угол, отсчитываемый против часовой стрелки от оси Оу к внешней нормали п поверхности катания головки рельса (рис. 1.4).
В рассматриваемом случае в = «, где а =! ага%5' (дг)
На основании этого находим
На основании приведенных соотношений граничные условия (1.33) и (1.34) принимают следующий вид: вне контактной площадки
COS

(1.35)
(1.36)
на контактной площадке