Abstract

Adoption of heavy haul traffic on many railroads, comprising Russian railways, has highlighted the relevance of assessing the effect of increased axial loads on the contact fatigue life of rails.The article describes a set of theoretical studies carried out to create a scientifically substantiated method for predicting the contact fatigue life of rails depending on the values of axial loads. The stress-strain state of the contact area has been determined using the finite element model of wheel rolling on a rail. It has been found that the wheel-rail rolling contact area undergoes complex multiaxial loading with the simultaneous action of normal and shear strains. Based on the analysis of models describing multiaxial fatigue damage, the Brown–Miller model was chosen, which considers the simultaneous action of normal strains at the contact area and of maximum shear strains, which most fully describes the stress-strain state of the wheel-rail rolling contact area. To apply the Brown–Miller model, fatigue stress-strain curves for rail steel have been identified. Based on the analysis of methods for determining the parameters of stress-strain curves carried out by V. A. Troschenko, a modified Roessle– Fatemi hardness method has been applied. Based on the experimentally determined values of hardness on the rolling surface, the parameters of the curves of elastic and plastic fatigue have been revealed by calculation and experiment. To establish the damaging effect of the load from wheel rolling on a rail, the concept of relative damage per rolling cycle had been assumed which is the value inverse to the number of cycles preceding formation of a contact-fatigue crack at a given value of the axial load.Calculations of the relative damage rate of the rolling surface of rails caused by contact fatigue defects were carried out with the Fatigue software package considering mean values of the indicators of the degree of fatigue strength and plasticity of rail steel and the calculated stresses in the wheel-rail contact area, as well as the plasticity correction using Neuber method. The polynomial dependence of relative damageability of the rolling surface of rails is obtained. The established functional dependence of relative damageability of the rolling surface of rails on the values of vertical forces can be used as the basis for the developed methodology for predicting the contact fatigue life of rails.

Highlights

  • Коссов Валерий Семёнович – Научно-и­ сследовательский и конструкторско-­технологический институт подвижного состава, Коломна, Россия

  • При принятии усреднённых характеристик показателей степени усталостной прочности и пластичности рельсовой стали и расчётных напряжений в зоне контакта «колесо–рельс» с учётом пластической коррекции по Нейберу в программном комплексе Fatigue проведены расчёты относительной повреждаемости поверхности катания рельсов контактно-­усталостными дефектами

  • Модели многоосного усталостного разрушенияНие смятия в зоне сварных стыков на силовое воз- No 6. – С. 26–39

Read more

Summary

Олег КРАСНОВ

Коссов Валерий Семёнович – Научно-и­ сследовательский и конструкторско-­технологический институт подвижного состава, Коломна, Россия. При принятии усреднённых характеристик показателей степени усталостной прочности и пластичности рельсовой стали и расчётных напряжений в зоне контакта «колесо–рельс» с учётом пластической коррекции по Нейберу в программном комплексе Fatigue проведены расчёты относительной повреждаемости поверхности катания рельсов контактно-­усталостными дефектами. 1. РЕЗУЛЬТАТЫ По результатам сравнения механизмов разрушения, соответствующих вышеперечисленным моделям, с учётом характерной особенности работы поверхности головки рельса в упругопластической зоне при многоосном циклическом нагружении, включающем деформации растяжения-с­ жатия, нормальные к площадке максимальных сдвиговых деформаций в зоне контакта колеса с рельсом, для расчёта контактно-­ усталостной долговечности рельсов выбрана модель Брауна–Миллера [11]. Г. К вопросу определения относительной контактно-­ усталостной повреждаемости поверхности катания рельсов ставляющей деформации, подходят для ис- n’ – коэффициент циклического дефор-. Пластической εap, а также суммарной εa деформаций рассчитаны от количества циклов до разрушения Np при циклическом нагружении. Таблица 1 Результаты измерения твёрдости объёмно-­закалённых рельсов Т1 и дифференцированно-­

Шейка рельса Подошва рельса
Число циклов нагружения до зарождения дефекта lg Np
Выполненная аппроксимация точек
Полученные результаты относительной
Модели многоосного усталостного разрушения
Full Text
Paper version not known

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call

Disclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.