Science and Transport Progress
Published September 5, 2017 | Version v1
Journal article Open

ПРО ПОВЕРХНЕВЕ РУЙНУВАННЯ ГОЛОВОК ЗАЛІЗНИЧНИХ РЕЙОК

Creators

  • 1. Фізико-механічний інститут імені Г. В. Карпенка НАН України, Україна

Description

Мета. Утворення тріщиноподібних дефектів у рейках залізничної колії є серйозною проблемою для інженерної практики через небезпеку створення аварійних ситуацій. Метою цієї роботи є теоретичне встановлення характеристичного кута поширення поверхневих тріщин у головках залізничних рейок, який є головним фактором у формуванні типових поверхневих контактно-втомних пошкоджень, таких як «пітинг», «риски», «нора» тощо. Необхідно також знайти умови для визначення цього кута. Методика. Дослідження проводили на основі методу сингулярних інтегральних рівнянь. Пошкоджену поверхневою тріщиною рейку моделювали як півплощину з крайовим розрізом, а дію колеса на рейку – як односпрямоване повторне поступальне переміщення уздовж краю півплощини з герцівськими контактними зусиллями, з дотичною складовою. Задачу визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень близько вершини тріщини в головці рейки звели до системи двох дійсних сингулярних інтегральних рівнянь, які розв’язали чисельно – методом механічних квадратур Ґауса-Чебишова. Складність задачі полягає в тому, що межі ділянок контакту і розкриття берегів тріщини наперед невідомі та змінюються під час переміщення контактних зусиль. Ці межі визначали одночасно з розв’язанням інтегральних рівнянь задачі за додатковими умовами методом ітерацій. Результати. Теоретично встановлена наявність у головці рейки характеристичного кута поширення поверхневих тріщин за механізмом поперечного зсуву та записані умови для його визначення. Отримані результати добре узгоджуються з інженерними та експериментальними даними. Наукова новизна. Вперше теоретично знайдено величини характеристичного кута, під яким на початковій стадії поширюються зсувні поверхневі контактно-втомні тріщини в головці залізничної рейки від дії коліс. Також записано умови для визначення цього кута. Практична значимість. Отримані дані мають важливе значення для інженерної практики, оскільки виявляють природу поверхневих контактно-втомних дефектів рейок за різних умов експлуатації залізничної колії та дозволяють прогнозувати їх контактну міцніть і довговічність.

Files

109539-Article Text-236022-1-10-20170926.pdf

Files (991.7 kB)

Name Size Download all
md5:b76aebbf647f393887e7b4244ff638ce
991.7 kB Preview Download

Additional details

Related works

Is identical to
Journal article: http://stp.diit.edu.ua/article/view/109539 (URL)

References

  • Agarkov, O. V. (2013). The analysis of terms of rail crack creation. Herald of National Transport University, 28, 3-8.
  • Datsyshyn, O. P., Marchenko, H. P., Glazov, A. Y., & Levus, A. B. (2015). The effect of compressing residual stresses on the propagation of shear surface cracks in railway rails. Physicochemical Mechanics of Materials, 51(2), 83-90.
  • Datsyshyn, O. P. (2005). Durability and fracture of solids during their contact cyclical interaction. Physicochemical Mechanics of Materials, 6, 5-25.
  • Yosyfovych, R. M. (2015). Residual resource study of defective rails for type P50 cycle test of endurance. Science and Transport Progress, 6(60), 78-87. doi: 10.15802/stp2015/57027
  • Jessop, C., Ahlstrom, J., Hammar L., Faster S., & Danielsen, H. K. (2016). 3D characterization of rolling contact fatigue crack networks. Wear, 366-367, 392-400. doi: 10.1016/j.wear.2016.06.027
  • Beghini, M., & Santus, C. (2013). An application of the weight function technique to inclined surface cracks under rolling contact fatigue, assessment and parametric analysis. Engineering Fracture Mechanics, 98, 153-168. doi: 10.1016/j.engfracmech.2012.10.024
  • Datsyshyn, O. P., Panasyuk, V. V., & Glazov, A. Y. (2016). The model of the residual life time estimation of trybojoint elements by formation criteria of the typical contact fatigue damages. International Journal of Fatigue, 83(2), 300-312. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2015.10.026
  • Fletcher, D. I., Smith, L., & Kapoor, A. (2009). Rail rolling contact fatigue dependence on friction, predicted using fracture mechanics with a three-dimensional boundary element model. Engineering Fracture Mechanics, 76, 2612-2625. doi: 10.1016/j.engfracmech.2009.02.019.
  • Keer, L. M., & Bryant, M. D. (1983). A pitting model for rolling contact fatigue. Transactions of the ASME: Journal of Lubrication Technology, 7(2), 198-205. doi: 10.1115/1.3254565
  • Miller, K. J. (2003). Structural integrity – whose responsibility? Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials Design and Applications, 217(1), 1-21. doi: 10.1243/14644200360539391
  • Trummer, G., Marte, C., Scheriau, S., Dietmaier, P., Sommitsch, C., & Six, K. (2016). Modelling wear and rolling contact fatigue: Parametric study and experimental results. Wear, 366-367, 71-77. doi: 10.1016/j.wear.2016.04.024
  • Murakami, Y., Sakae, C., & Hamada, S. (1999). Mechanism of rolling contact fatigue and measurement of ∆KIIth for steels. Engineering Against Fatigue. (pp. 473-485). Rotterdam: A. A. Balkema.
  • Ringsberg, J. W., & Bergkvist, A. (2003). On propagation of short rolling contact fatigue cracks. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 26(10), 969-983. doi: 10.1046/j.1460-2695.2003.00657.x
  • Ma, L., He, C. G., Zhao, X. J., Guo, J., Zhu, Y., Wang, W. J., & … Jin, X. S. (2016). Study on wear and rolling contact fatigue behaviors of wheel/rail materials under different slip ratio conditions. Wear, 366-367, 13-26. doi: 10.1016/j.wear.2016.04.028
  • Donzella, G., Faccoli, M., Ghidini, A., Mazzu, A., & Roberti, R. (2005). The competitive role of wear and RCF in a rail steel. Engineering Fracture Mechanics, 72(2), 287-308. doi: 10.1016/j.engfracmech.2004.04.011
  • Zerbst, U., Schödel, M., & Heyder R. (2009). Damage tolerance investigations on rails. Engineering Fracture Mechanics, 76 (17), 2637-2653. doi: 10.1016/j.engfracmech.2008.04.001