Обоснование метода контроля натяга бандажей локомотивных колес с использованием явления акустоупругости

• Автор: Волкова, Людмила Владимировна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Остаточные напряжения в бандажах локомотивных колес (обзор)
1.1 Технология изготовления бандажей колес и условия эксплуатации
1.2 Остаточные напряжения в бандажах локомотивных колес и методы оценки..
1.3 Способы контроля натяга бандажей на колесные центры
1.4 Методы акустоупругости
1.5 Основные требования к контролю напряженного состояния и натяга бандажей

Выводы по главе
Глава 2 Методическое и аппаратное обеспечение контроля остаточных напряжений и натяга локомотивных колес
2.1 Установка для исследования напряженно-деформированного состояния бандажей
2.2 Конструкция электромагнитно-акустического преобразователя
2.3 Оценка остаточных напряжений и натяга в бандажах локомотивных колес
2.4 Метрологические характеристики оборудования для измерения остаточных напряжений
2.5 Влияние мешающих факторов на результаты измерений
Выводы по главе
Глава 3 Численные и аналитические методы расчета остаточных напряжений в бандажах после термического упрочнения
3.1 Учет текстуры объекта контроля при акустической тензометрии
3.2 Моделирование напряжений в бандажах после закалки
3.3 Расчёт напряжений прессового соединения
Выводы по главе
Глава 4 Экспериментальное исследование напряженного состояния и оценка
натяга бандажей
4.1 Влияние анизотропии и конструктивных особенностей бандажа на остаточные напряжения
4.2 Экспериментальные результаты контроля остаточных напряжений в бандажах локомотивных колес
4.3 Распределение остаточных напряжений после технологии упрочнения
4.4 Измерение натяга бандажей локомотивных колес на колесные центры
Выводы по главе
Г лава 5 Испытания методик контроля остаточных напряжений и натяга бандажей в процессе формирования колесных пар в цеховых условиях
5.1 Методика оценки остаточных напряжений и натяга в бандажах локомотивных колес
5.2 Контроль остаточных напряжений и натяга бандажей в производственных условиях
5.2.1 Контроль остаточных напряжений и натяга бандажей в процессе
формирования колесной пары локомотива 2ЭС
5.2.2 Контроль остаточных напряжений и натяга бандажей в процессе
формирования колесной пары локомотива 2ЭС
5.2.3 Контроль остаточных напряжений и натяга бандажей при отработке технологии формирования колесной пары
5.2.4 Контроль остаточных напряжений банда колеса под нагрузкой локомотива

Выводы по главе
Заключение
Основные обозначения и сокращения, используемые в диссертации
Список использованной литературы
Приложение А Акт об апробации
Приложение Б Акт об использовании в учебном процессе

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы: Бандаж является наиболее изнашиваемой частью локомотивного колеса. Разрушения бандажа недопустимы, так как создают угрозу безопасности движения. Основными причинами выхода из строя бандажей локомотивов являются: ослабление посадки, равномерный и неравномерный прокат, выщербины на поверхности катания и трещины, износ гребня. Одной из причин ослабления посадки и образования трещин бандажа являются недостаточный или чрезмерный натяг.
В процессе производства локомотивный бандаж подвергается операциям обработки давлением, резания и термической обработки (закалки с отпуском). Термическая обработка бандажа приводит к формированию сложного напряженно-деформированного состояния бандажа. Последующая механическая обработка фрезерованием и напрессовка на колесный центр тепловым способом приводит к возникновению дополнительных растягивающих напряжений, усложняющих общее напряженно-деформированное состояние бандажа.
Неясен вопрос о перераспределении напряжений после воздействия упрочняющих технологий на поверхность катания бандажа. Кроме того, в процессе эксплуатации действие статических и циклических внешних нагрузок вносит изменение в распределение напряженного состояния и плотности посадки бандажа. Высокий уровень остаточных напряжений облегчает при наличии концентраторов появление и развитие усталостных трещин.
На сегодняшний момент отсутствуют методики неразрушающего контроля остаточных напряжений и натяга бандажа. Поэтому для гарантии безопасной работы колес локомотива требуется не только его дефектоскопия, но и контроль внутренних напряжений, позволяющий предупредить появление дефектов на ранней стадии. Использование акустического метода на основе явления акустоупругости позволяет оценивать напряженное состояние в объеме материала.
Степень разработанности темы: Основные положения теории
акустоупругости и описание ультразвукового метода определения напряжений,

Приведены примеры определения остаточных сварочных напряжений акустическим методом.
Эффективность применения акустоупругого метода измерения механических напряжений в магистральных трубопроводах большого диаметра подтверждена экспериментально в статье [61].
Дальнейшие исследования в области контроля напряжений направлены на разработку методик и алгоритмов измерения напряжений, метрологических требований к аппаратуре.
Методика для исследования напряженно-деформированного состояния резьбовых деталей предлагается Бобренко В.М., Булгаковым Л.В., Воскобойник И.А. [62] В работе получены соотношения, позволяющие однозначно определять акустоупругие коэффициенты материала независимо от конструктивных особенностей контролируемой детали.
Методика экспериментальных исследований и алгоритм оценки остаточных напряжений в закаленном слое изделий осесимметричной формы неразрушающим акустическим методом приведена [63] Рассматривается теоретическая модель для оценки остаточных напряжений. Качественно произведена идентификация огибающей сигнала, рассеянного от структуры, возникающего при распространении ультразвуковых волн в закаленном слое. Недостатком метода является невозможность выявления изменений амплитуды рассеянного сигнала на переднем фронте его импульса: толщина «мертвой зоны» на частоте 10 МГц до 1,2-10'3м.
В работе [64] проанализирована погрешность ультразвукового метода контроля одноосных механических напряжений, сформулированы метрологические требования к применяемой аппаратуре. Предложен экспериментальный стенд, реализующий два метода измерения времени распространения ультразвука - компенсационный и совмещения эхо-импульсов.
Использование волн Рэлея для измерения остаточных напряжений в элементах трубопроводов, вблизи стыковых и тавровых сварных соединений, описание методик и принципов действия приборов рассматривается Ерофеевым