Электронный каталог НБ БНТУ

Статья

Муравьев, В.В.
Оценка напряженно-деформированного состояния рельсов при изготовлении = Evaluation of Strain-Stress State of the Rails in the Production / В. В. Муравьев, К. А. Тапков. – DOI 10.21122/2220-9506-2017-8-3-263-270 // Приборы и методы измерений = Devices and methods of measurements: научно-технический журнал / гл. ред. Олег Константинович Гусев; кол. авт. Министерство образования Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет (Минск). – 2017. – Т.8 N3. – С. 263-270. – Режим доступа : http://rep.bntu.by/handle/data/32456. – На рус. яз.

Одной из наиболее частых причин разрушения многих металлических конструкций, в том числе и рельсов, является высокий уровень остаточных напряжений, которые могут достигать предела текучести, особенно в области дефектов. Знание величины внутренних напряжений в рельсах позволит получить информацию об их техническом состоянии, благодаря чему можно избежать аварийных ситуаций. Цель работы заключалась в создании модели напряженно-деформированного состояния рельса с учетом термического упрочнения головки и подошве и дальнейшего сопоставлении результатов моделирования с измерениями напряжений, полученных в ходе эксперимента. Создание, а также расчет модели методом конечных элементов проводился в программной среде COMSOL. К головке и подошве рельса в продольном направлении были приложены силы, вызывающие сжимающие напряжения, к шейке рельса – силы, вызывающие растягивающие напряжения. Уровень напряжений, полученный при расчете модели рельса, был сопоставлен с соответствующим расхождением паза, который является информативным параметром при оценке уровня остаточных напряжений согласно действующему стандарту. Экспериментальные измерения выполнялись акустическим структуроскопом СЭМА, в основе которого лежит использование явления акустоупругости. Измерения выполнялись на пяти полнопрофильных пробах рельса. Согласно результатам расчета модели, критическому уровню расхождения паза в 2 мм соответствует следующий уровень максимальных напряжений: –54 МПа в головке, 86 МПа в шейке и –62 МПа в шейке рельса. При проведении экспериментального исследования для различных рельсов получены следующие значения: от –48 МПа до –64 МПа в головке, от 54 МПа до 93 МПа в шейке рельса, от –59 МПа до –74 МПа в подошве рельса, погрешность измерения составила ±5 МПа. Таким образом создана модель, позволяющая проводить анализ напряженно-деформированного состояния рельса и сопоставлять значение напряжений в рельсе с расхождением паза, выполненного в полнопрофильной пробе рельса. Результаты моделирования остаточных напряжений показали совпадение характера распределения напряжений с экспериментально полученными данными по пяти пробам рельсов.
High values of residual stresses is one of the most common reason of breaking lots of metal constructions, including rails. These stresses can reach values of flow limit, especially in the area of faults. Estimation of residual stresses values allows to get information about technical condition of the rail and also allow to avoid abnormal situations So, the aim of the research is creating the model of stress-strain state of the rail, which was hardened in its top and bottom, and to compare modeling results with experimental measurements of stresses and discrepancy of the housing. For creating the model and making evaluations by finite element method we used a program COMSOL. Forces on the top and bottom of the rail cause tension stresses, forces on the web of the rail cause tensile stresses. We compared calculated values of stresses with discrepancy of the housing. The discrepancy of the housing is informative characteristic for estimating the residual stresses according to standards. For experimental measurements we used an acoustic structuroscope SEMA. This structuroscope uses the acoustoelastic phenomenon for measurements. We made measurements of the five rails. According to the calculation results of the model, critical discrepancy of the housing in 2 mm corresponded to the following values of maximum stresses: –54 MPa in the top of the rail, 86 MPa in the web and –62 MPa in the bottom of the rail. Experimental measurements are the following: from –48 MPa to – 64 MPa in the top of the rail, 54 MPa to 93 MPa in the web of the rail, and –59 MPA to –74 MPa in the bottom of the rail. Absolute error was ±5 MPa. Thus we created the model, which allowed to analyze strain-stress state and compare real values of stresses with discrepancy of the housing. Results of the modeling showed coincidence with structure of distribution of residual stresses in five probes of rails.

620.179.1

общий = БД Техника
общий = РЕЛЬСЫ
общий = ИЗГОТОВЛЕНИЕ
общий = НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ
общий = НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ
общий = МОДЕЛИРОВАНИЕ
общий = МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ