تعیین طول آستانه و بحرانی ترک زیرسطحی برای چرخ سامانه ریلی ایران

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

چکیده

در دهه اخیر، کاهش میزان سایش، افزایش بار محوری چرخ ها و سرعت سیر قطارها، آسیب اصلی چرخ های فولادی را از سایش به خستگی تماس غلتشی (RCF) تغییر داده است. RCF باعث ایجاد تر کهای سطحی و زیرسطحی می شود. تر کهای سطحی در تقابل با سایش عمدتاً از بین می روند اما تر کهای زیرسطحی رشد کرده و منتج به شکستهای عمیق تر و سانحه خیزتر می شوند. داشتن معیاری از طول ترک آستانه و بحرانی برای تعیین امکان رشد ترک های تشخیص داده شده در چرخ ها و نیز شرایط بحرانی تر کهای زیرسطحی، امری حیاتی در فرایند نگهداری و تعمیرات سامانه های حمل و نقل ریلی به شمار می آید. در این مقاله، ابتدا با تحلیل اجزا محدود تماس چرخ منوبلوک گرید R7T و ریل UIC60 سامانه ریلی ایران در نرم افزار آباکوس به استخراج دامنه ضریب شدت تنش ترک زیرسطحی اقدام شده است. سپس با استفاده از روابط مکانیک شکست، روابط تقریبی ارائه شده در مقالات و خواص مکان کیی فولاد ،R7T طول ترک آستانه و بحرانی در چرخ فولادی سامانه ریلی ایران تع یین شده است. نتایج نشان می دهد که ترک زیرسطحی با طول تقریبی 3 میلی متر در چرخ، قابلیت رشد تدریجی را دارا بوده و قبل از رسیدن به طول بحرانی و وقوع شکست بحرانی، به دلیل محدودیت های هندسی منجربه به شکست چرخ خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of Threshold and Critical Dubsurface Crack Length in the Wheel of Iranian Railway Systems

چکیده [English]

In the last two decades, decreasing wear rate beside of increasing axel loads and trains velocities have changed the main failure of steel wheels from wear to rolling contact fatigue (RCF). RCF causes surface and subsurface cracks. The former usually disappeared contrasting with wear while the latter propagates and brings about deeper and more dangerous fractures. In any maintenance process of railway systems, having criteria of threshold and critical crack length is a vital tool to determine possibility of propagation and critical condition of identified cracks in wheels. In this paper, stress intensity factor range of a subsurface crack has been calculated by FEM analysis of monobloc R7T wheel in contact with UIC60 rail. Then, threshold and critical length of subsurface crack in the wheel of Iranian railway system have been determined based on fracture mechanics and some approximate relations about mechanical properties. Findings show that a subsurface crack longer than about 3 mm can gradually propagates and before reaching the critical length can make the wheel fracture because of geometrical limitation of the wheel.

کلیدواژه‌ها [English]

  • rolling contact fatigue
  • subsurface crack
  • threshold crack length
  • critical crack length