Расчет и моделирование остаточных напряжений в рельсе Р65

Авторы: Храмова Д.А., Егорова Д.А., Жилин Я.Д.
Опубликовано в выпуске: #1(18)/2018
DOI: 10.18698/2541-8009-2018-1-231
Раздел: Машиностроение и машиноведение | Рубрика: Методы контроля и диагностика в машиностроении
Ключевые слова: программа ANSYS, аналитический расчет, остаточные напряжения, рельсы, рельсовая сталь
Опубликовано: 20.12.2017

В работе представлены результаты аналитического расчета остаточных напряжений (ОН) в рельсе Р65 при деформациях изгибом в двух плоскостях и кручением. При тех же видах деформирования проведен расчет-моделирование ОН с использованием программы ANSYS Mechanical. Результаты по основным показателям совпадают. Отмечена значительно бóльшая трудоемкость аналитического расчета и нецелесообразность его использования при наличии компьютерных программ. Программа ANSYS Mechanical в сравнении с программой ANSYS Workbench имеет менее информативный интерфейс. Остаточные напряжения распределены в рельсе неоднородно. При продольном изгибе в головке и подошве минимальные, а в шейке достигают предела текучести с чередованием растяжение-сжатие. При поперечном изгибе в головке рельса формируются одновременно напряжения сжатия и растяжения: на вогнутой части — сжатие, на выпуклой — растяжение ±500 МПа.

Литература

[1] Каратушин С.И., Храмова Д.А., Бильдюк Н.А. Моделирование и расчет остаточных напряжений в прокатных профилях. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2017, № 6, с. 28–34.

[2] Шур Е.А. Повреждения рельсов. Москва, Интекст, 2012, 192 с.

[3] Guo Y.B., Warren A.W. The Basic Relationship between Residual Stresses Profile Patterns and Fatigue Life of Precision Machined Surfaces in Rolling Contact. International Centre for Dif-fraction Data, 2009, pp. 336–343.

[4] Song H., Yang J., Song L., Yao J., Du X., Li W. Study on the Steel Rail Rolling Contact Stress with Consideration of Initial Residual Stress. MATEC Web of Conferences, International Conference on Engineering Technology and Application, 2015, p. 5.

[5] Колмогоров Г.Л., Кузнецова Е.В., Тиунов В.В. Технологические остаточные напряже-ния и их влияние на долговечность и надежность металлоизделий. Пермь, Издательство Пермского политехнического университета, 2012. 225 с.

[6] Биргер И.А. Остаточные напряжения. Москва, Гос. науч.-техн. изд-во машиностроит. лит. 1963, 232 с.

[7] Orringer O., Orkisz J.б Swiderski Z. Residual Stress in Rails Volume 1: Field Experience and Test Results. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1992.

[8] Takahashi Sh., Sasaki T., Kondoh Y., Hirose Y. Residual Stress Evaluation of Railway Rails. Materials Science Forum, Residual Stresses VII: ECRS 7 — Proceedings of the 7th European Conference on Residual Stresses Berlin, Germany, 13–15 September 2006, pp. 381–386.

[9] Kelleher J., Prime M.B., Buttle D., Mummery P.M., Webster P.J., Shackelton J., Withers P.J. The measuRement of Residual Stress in Railway Rails by Diffraction and Other Methods. Journal of Neutron Results, 2003, vol. 11, no. 4, pp. 187–193.

[10] Ringsberg J.W., Lindbäck T. Rolling Contact Fatigue Analysis of Rails Including Numerical Simulations of the Rail Manufacturing Process and Repeated Wheel-Rail Contact Loads. Int J Fatigue, 2003, vol. 25, pp. 547–558.

[11] Jun T.S., Hofmann F., Belnoue J., Song X., Hofmann M., Korsunsky A.M. Triaxial Residual Strains in a Railway Rail Measured by Neutron Diffraction. J Strain Anal Eng Des, 2009, vol. 44, рр. 563–568.

[12] Muravev V., Volkova L., Buldakova I. Analysis of Stress Distribution in a Rail by Electro-magnetic-Acoustic Method. AIP Conference Proceedings, 2016, vol. 1785, pp. 030016.