Кривые контактной усталости рельсовой стали
- Авторы: Сакало В.И.1, Сакало А.В.1
-
Учреждения:
- Брянский государственный технический университет (БГТУ)
- Выпуск: Том 83, № 2 (2024)
- Страницы: 124-135
- Раздел: ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
- URL: https://bakhtiniada.ru/2223-9731/article/view/288309
- EDN: https://elibrary.ru/euiibc
- ID: 288309
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Проблема контактно-усталостных повреждений рельсов приобрела особую актуальность в связи с ростом грузонапряженности железных дорог. Эффективным методом исследования влияния различных факторов на образование повреждений является метод математического моделирования динамики движения и процессов накопления контактно-усталостных повреждений в материале рельса. При моделировании процессов накопления повреждений используется кривая зависимости количества циклов нагружения колеса или расчетного сечения рельса до появления контактно-усталостных разрушений от значения выбранного критерия контактной усталости. Такая кривая может быть получена только экспериментальным путем.
Материалы и методы. Проведены стендовые испытания на контактную усталость образцов из рельсовой стали в форме роликов. Установка для испытаний оригинальной конструкции позволяла создавать нагрузку на ролики до 4000 Н. Обработка опытных данных выполнена с помощью метода конечных элементов. Задача перекатывания образца и контртела решалась в упругопластической постановке.
Результаты. Выполнено исследование влияния размеров и формы контактирующих поверхностей образцов для испытаний на контактную усталость на распределение контактных давлений. Сконструирована и изготовлена установка для испытаний на контактную усталость по схеме качения ролика по ролику. Проведены испытания образцов из рельсовой стали на контактную усталость. Обработка результатов выполнена с помощью метода конечных элементов, построены кривые контактной усталости рельсовой стали по трем критериям: комбинированному, критерию Данг Вана, амплитудному значению максимального касательного напряжения.
Обсуждение и заключение. В результате применения разработанного методического подхода были получены кривые контактной усталости рельсовой стали. Кривые могут быть использованы в моделировании процесса накопления контактно-усталостных повреждений в материале рельса при различных нагрузках на ось, динамических нагрузках, возникающих при движении подвижного состава в кривых и прямых участках пути, различных профилях катания колес и рельсов.
Об авторах
Владимир Иванович Сакало
Брянский государственный технический университет (БГТУ)
Email: sakalo@umlab.ru
ORCID iD: 0009-0008-7747-581X
д-р техн. наук, профессор, кафедра наземных транспортно- технологических комплексов
Россия, БрянскАлексей Владимирович Сакало
Брянский государственный технический университет (БГТУ)
Автор, ответственный за переписку.
Email: sakalo@umlab.ru
ORCID iD: 0000-0002-9137-9620
канд. техн. наук, доцент, кафедра наземных транспортно- технологических комплексов
Россия, БрянскСписок литературы
- Бурков Д. Н., Ваганова О. Н. Актуальные проблемы рельсового хозяйства // Путь и путевое хозяйство. 2022. № 8. С. 2—7. Burkov D. N., Vaganova O. N. Actual problems of rail facilities. Railway Track and Facilities. 2022;(8):2-7. (In Russ.).
- Захаров С. М., Торская Е. В. Подходы к моделированию возникновения поверхностных контактно-усталостных повреждений в рельсах // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2018. Т. 77, № 5. С. 259-268. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2018-77-5-259-268. Zakharov S. M., Torskaya E. V. Approaches to modeling occurrence of rolling contact fatigue damages in rails. Russian Railway Science Journal. 2018;77(5):259-268. (In Russ.). https://doi.org/10.21780/2223- 9731-2018-77-5-259-268.
- Сакало В. И., Сакало А. В. Критерии для прогнозирования возникновения контактно-усталостных повреждений в колесах железнодорожного подвижного состава и рельсах // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2019. Т. 78, № 3. С. 141-148. https://doi. org/10.21780/2223-9731-2019-78-3-141-148. Sakalo V. I., Sakalo A. V. Criteria for predicting the initiation of rolling contact fatigue damage in the railway wheels and rails. Russian Railway Science Journal. 2019;78(3):141-148. (In Russ.). https://doi. org/10.21780/2223-9731-2019-78-3-141-148.
- Сакало В. И., Сакало А. В., Коссов В. С. Механика контактного взаимодействия колеса и рельса. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2021. 376 с. EDN: https://www.elibrary.ru/jychir. Sakalo V. I., Sakalo A. V., Kossov V. S. Mechanics of contact interaction of wheel and rail. Moscow, Berlin: Direct-Media; 2021. 376 p. (In Russ.). EDN: https://www.elibrary.ru/jychir.
- Akaoka J., Hirasawa K. Fatigue Phenomena under Rolling Contact Accompanied with Sliding. Bulletin ofJSME. 1959;2(5):43-50. https://doi.org/10.1299/jsme1958.2.43.
- Ishida M., Abe N. Experimental study on rolling contact fatigue from the aspect of residual stress. Wear. 1996;191:65-71.
- Liu C. R., Choi Y. Rolling contact fatigue life model incorporating residual stress scatter. International Journal of Mechanical Sciences. 2008;50(12):1572-1577. https://doi.org/10.1016/jijmecsci.2008.10.008.
- Борц А. И., Долгих Л. В., Заграничек К. Л. Испытания рельсов на выносливость // Путь и путевое хозяйство. 2013. № 2. С. 16—22. Borts A. I., Dolgikh L. V., Zagranichek K. L. Rail endurance testing. Railway Track and Facilities. 2013;(2):16-22. (In Russ.).
- Clayton P., Su X. Surface initiated fatigue of pearlitic and bainitic steels under wear lubricated rolling/sliding contact. Wear. 1996;200:63-73.
- Su X., Clayton P. Ratchetting strain experiments with a pearlitic steel under rolling/sliding contact. Wear. 1997;205:137-143.
- Сакало В. И., Сакало А. В. Контактная усталость рельсовых и колесных сталей. Лабораторные испытания // Пятый научно-технический семинар «Компьютерное моделирование на железнодорожном транспорте: динамика, прочность, износ», Брянск, 4-6 октября 2022. Брянск: БГТУ, 2022. С. 99-102. Sakalo V. I., Sakalo A. V. Contact fatigue of rail and wheel steels. Laboratory tests. In: Fifth scientific and technical workshop "Computer simulation in railway transport: dynamics, strength, wear", 4—6 October 2022, Bryansk. Bryansk, BGTU; 2022. p. 99-102. (In Russ.).
- Ramalho A. Wear modelling in rail — wheel contact. Wear. 2015;330-331:524-532.
- Zhao X., Wang Z., Wen Z., Wang H., Zeng D. The initiation of local rolling contact fatigue on railway wheels: An experimental study. International Journal of Fatigue. 2020;132:105354. https://doi. org/10.1016/j.ijfatigue.2019.105354.
- Повышение стойкости вагонных колес в эксплуатации карбо- нитридным упрочнением стали / Л. М. Школьник [и др.] // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 1994. № 6. С. 40-44. Shkolnik L. M., Markov D. P., Proydak Y. S., Prokhorenko I. M., Tsurenko V. N., Miroshnichenko N. G., Bondarenko L. I. Increasing the endurance of railway wheels in operation by carbonitride hardening of steel. Russian Railway Science Journal. 1994;(6):40-44. (In Russ.).
- Марков Д. П. Повышение твердости колес подвижного состава // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 1995. № 3. С. 10-17. Markov D. P. Improving the hardness of rolling stock wheels. Russian Railway Science Journal. 1995;(3):10-17. (In Russ.).
- Dang Van K., Maitournam M. H. On some recent trends in modeling of contact fatigue and wear in rail. Wear. 2002;253(1-2):219-227. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(02)00104-7.
- Sakalo V., Sakalo A., Rodikov A., Tomashevskiy S. Computer modeling of processes of wear and accumulation of rolling contact fatigue damage in railway wheels using combined criterion. Wear. 2019;432-433: 102900. https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.05.015.
Дополнительные файлы
