Расчетная оценка остаточного ресурса железнодорожных рельсов с поперечными трещинами

• Автор: Суровин, Павел Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.23.17, 05.23.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Анализ напряженнодеформированного состояния рельсов

1.1. Контактные напряжения в рельсах

1.2. Изгибные напряжения в рельсах

1.3. Продольные силы в рельсах

1.3.1. Применение фотоупругого покрытия в качестве датчика продольной силы

1.3.2. Прибор для снятия показаний с фагоупругого датчика

1.3.3. Использование многолучевого полярископа для

повышения точности измерения продольной силы

1.3.4. Фотометрирование в двух длинах волн для решения

проблемы некорректности целого порядка полос
1.4. Остаточные напряжения в рельсах
1.5. Выводы по главе
Глава 2. Трещины в рельсах и причины их появления и развития
2.1. Классификация дефектов рельсов
2.2. Поперечная контактноусталостная трещина в головке рельса
2.3. Внутренняя продольная трещина в головке рельса
2.4. Трещина от термомеханического повреждения в головке рельса
2.5. Поперечная коррозионноусталостная трещина в подошве рельса
2.5. Выводы по главе
Глава 3. Определение коэффициентов интенсивности
напряжений в рельсах с трещинами
3.1. Методы определения КИН
3.2. Использование решения о растяжения бесконечной пластины, ослабленной эллиптическим отверстием
3.3. Определение КИН для коррозионноусталостной трещины в подошве рельса
3.4. Определение КИН для поперечной контактно усталостной трещины в головке рельса
3.5. КИН для поперечной трещины в головке рельса от термомеханического повреждения
3.6. КИН для внутренней продольной трещины в головке рельса
3.7. Выводы по главе
Глава 4. Оценка остаточного ресурса рельса
4.1. Методика оценки остаточного ресурса
4.2. Остаточный ресурс рельса с дефектом
4.3. Остаточный ресурс рельса с дефектом
4.4. Остаточный ресурс рельса с дефектом
4.5. Рекомендации по срокам дефектоскопирования рельсов
4.6. Выводы по главе
Глава 5. Исследование направления роста контактно
усталостных трещин
5.1. Эллиптические надрезы трещины
5.2. Усталостные трещины при симметричном сдвиге 5 .3. Развитие усталостных трещин поперечного сдвига в поле сжимающих напряжений
5.4. Развитие усталостных трещин продольного сдвига в поле сжимающих напряжений
5.5. Исследование направления развития дефекта .1
5.6. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Расчет этих усилий по изменению температуры дает значительные погрешности, так как не учитываются возможный угон рельсов, неравномерность температуры плети в момент закрепления, и некоторые другие факторы. Поэтому задача создания надежного и простого метода измерения температурной продольной силы, учитывающего все возможные эксплуатационные факторы, является актуальной. Широко используемые в инженерной и научной практике методы измерения продольной силы, такие как применение механических тензометров и индикаторов, тензорезисторов [4, 5] мало пригодны для долговременных измерений в полевых условиях. Проволочный вибратор Британских железных дорог, по частоте собственных колебаний которого можно определить продольную силу, при установке требует сверления рельса. Методы магнитной индукции, акустоупругости, дифракции рентгеновских лучей [6,7] кроме продольной силы фиксируют и остаточные напряжения, что может привести к значительным погрешностям при определении температурных усилий. Кроме перечисленных можно отметить еще два способа, которые применяются на железных дорогах Германии [8] и США [9]. В первом случае измеряются продольные и поперечные деформации рельса с помощью меток на подошве. Для снятия показаний используется специальный микроскоп, на показания которого влияет температура внешней среды. Сложная система снятия отсчета с учетом температурных деформаций самого микроскопа приводит к существенному увеличению времени снятия одного отсчета (до минут). Во втором случае продольную силу измеряют по прогибу участка рельсовой плети, освобожденного от связей. Здесь для корректного измерения необходимо проводить тарировочные испытания на специальном нагрузочном оборудовании. Этот метод обладает существенным недостатком: пропуск поездов по участку со снятыми связями невозможен. При использовании фотоупругого покрытия съем информации возможен как визуально, с использованием различных методов компенсации, так и фо-тометрированием. Второй вариант предпочтительнее, поскольку может быть автоматизирован. Постоянные напряжения сами по себе не могут вызвать зарождения и развития усталостных дефектов. Для этого необходимо циклическое воздействие. Постоянные напряжения могут только влиять на коэффициент асимметрии цикла нагружения, что приводит к изменению предела выносливости материала и скорости распространения трещин. Во второй главе рассмотрены наиболее опасные виды дефектов железнодорожных рельсов и указаны возможные механизмы и причины их возникновения и развития. Дефекты рельсов оказывают значительное влияние на работоспособность рельсов в пути. Основную опасность представляют дефекты в виде поперечных усталостных трещин, которые образуются при повторно-переменных нагрузках. Такие дефекты могут привести к разрушению рельса под поездом и явиться причиной аварии. Процессы зарождения и развития дефектов являются одним из важнейших факторов, определяющих срок службы рельсов. Основная масса трещин приходится на контактно-усталостные дефекты в головке рельса (поперечная трещина . Трещина . С ростом погонной массы рельсов и жесткости пути изменилось распределение дефектов. Если в г. Третья глава посвящена вопросам определения коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) и выполнены расчеты КИН для дефектов . Усталостное разрушение рельсов происходит без заметных пластических деформаций. Это позволяет использовать линейную механику разрушения для оценки прочности и остаточного ресурса дефектных рельсов. В современной механике разрушения существует несколько критериев разрушения тел с трещинами. Один из основных - силовой критерий Ирвина []. К > Кс. Другой критерий - энергетический критерий Гриффитса [,]. Г - поверхностная энергия, требуемая для образования новой поверхности площадью , О - удельный приток энергии в вершину трещин. С>Сс. ЕС = К2 (1 - V2)+ К (1 - V2)+ К*, (1 + V). V - коэффициент Пуассона материала. Для оценки прочности дефектных рельсов и их остаточного ресурса с применением механики разрушения необходимо знать величины коэффициентов интенсивности напряжений для различных трещин.