Механика деформируемого твердого тела
Статья поступила в редакцию 21.08.2024; доработана после рецензирования 30.10.2024; принята к публикации 09.12.2024.
Научная статья
УДК 69.04
DOI: https://doi.org/10.24866/2227-6858/2024-4/18-30
Майер С.С.
Майер Сергей Сергеевич – соискатель, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I (Санкт-Петербург, Российская Федерация), https://orcid.org/0000-0003-4917-2578
Оценка устойчивости и траектории развития трещин в рельсах под действием циклических нагрузок
Аннотация. В данной работе рассматриваются методы анализа и прогнозирования развития подповерхностных трещин в головке рельса. Особое внимание уделено продольно-поперечным и поперечным трещинам, а также факторам, влияющим на их рост и изменение траектории. Цель исследования: разработка и уточнение аналитических и численных методов для прогнозирования траектории развития подповерхностных трещин в рельсах под воздействием циклических нагрузок. Основное внимание уделяется оценке возможности перерастания продольных трещин в поперечные и определению условий, при которых происходит это явление. Методы исследования: применение методов механики разрушения, аналитических расчетных схем и численного моделирования методом конечных элементов. Используются уравнения, описывающие напряженно-деформированное состояние рельса, и критерии устойчивости развития трещин. В расчетах учитываются параметры контактной нагрузки, влияющие на рост и изменение траектории трещины, такие как сила трения, величина контактного пятна и относительное положение трещины. Результаты: продольно-поперечные трещины в рельсах развиваются значительно быстрее, чем поперечные, что существенно увеличивает риск разрушения рельса. Установлено, что при определенных условиях возможно отклонение траектории развития трещины, приводящее к ее перерастанию в трещину нормального отрыва. В численных экспериментах выявлены критические параметры нагрузки и геометрии трещины, влияющие на вероятность ее нестабильного развития. Практическая значимость: результаты исследования могут быть использованы для улучшения прогнозирования и предупреждения разрушений рельсов в условиях эксплуатации, что способствует повышению безопасности железнодорожного транспорта. Модели и методики оценки могут быть интегрированы в системы диагностики и мониторинга состояния рельсовых путей, что позволит своевременно выявлять и устранять опасные дефекты.
Ключевые слова: рельс, внутренняя поперечная трещина, циклическая трещиностойкость, усталостное разрушение, остаточный ресурс рельса
Для цитирования: Майер С.С. Оценка устойчивости и траектории развития трещин в рельсах под действием циклических нагрузок // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2024. № 4(61). С. 18–30.