Критерий определения допустимого напряженного состояния рельса
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2021-4-26-32Ключевые слова:
математическое моделирование, рельс, акустоупругость, остаточные напряжения, критерийАннотация
С помощью математического моделирования и экспериментального исследования подтверждена линейная зависимость между средневзвешенным уровнем остаточных напряжений по высоте рельса, оцениваемых методом акустической тензометрии, и расхождением паза в шейке рельса, прорезанного согласно п. 7.14 ГОСТ 51685-2013, коэффициент корреляции составил 0,94. Методом регрессионного анализа было определено, что чувствительность расхождения паза к уровню остаточных напряжений совпадает для различных плавок с учетом погрешностей и составляет минус 0,032, однако постоянная составляющая различна для различных плавок рельса. Оценку значения постоянной составляющей предполагается вести по результатам проведенных испытаний остаточных напряжений разрушающими методами (разрезкой рельса) согласно 7.14 ГОСТ 51685-2013. После оценки постоянной составляющей для каждой из плавок рельсов может быть получена зависимость, описывающая расхождение паза в зависимости от уровня остаточных напряжений. При расхождениях паза, не превышающих 2 мм, напряженное состояние рельса признается соответствующим ГОСТ 51685-2013, прогнозируемое расхождение паза вычисляется по приведенной в статье зависимости. Экспериментальная оценка остаточных напряжений проводилась с использованием ЭМА-способа ввода-приема волн и эффекта акустоупругости. Математическое моделирование проводилось методом конечных элементов с использованием среды Comsol Multiphysics. Размер конечных элементов адаптивный, размер элемента лежит в диапазоне от 0,2 до 3 мм. Для имитации остаточных напряжений к рельсу были приложены распределенные нагрузки, имеющие градиентный характер, выбранный таким образом, чтобы при заданном уровне напряжений по элементам рельса переход напряжений имел плавный характер.Библиографические ссылки
Щепотин Г. К. Прогнозирование отказов рельсов и аварийных ситуаций // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2019. № 4(51). С. 5-11.
Покровский А. М., Третьяков Д. Н. Численное моделирование температурно-структурного состояния железнодорожного рельса при его закалке // Наука и образование. 2015. № (7): 1-13. DOI:10.7463/ 0715.0786138.
Моделирование воздухоструйной закалки с печного нагрева железнодорожных рельсов / К. В. Волков, Е. В. Полевой, М. В. Темлянцев, О. П. Атконова, А. М. Юнусов, А. Ю. Сюсюкин // Вестник СибГИУ. 2014. № 3 (9). С. 17-23.
Муравьев В. В., Тапков К. А. Оценка напряженно-деформированного состояния рельсов при изготовлении // Приборы и методы измерений. 2017. Т. 8, № 3. С. 263-270. DOI 10.21122/2220-9506-2017-8-3-263-270.
Муравьев В. В., Байтеряков А. В. Влияние эксплуатационной грузонапряженности рельсов на акустические структурные шумы // Дефектоскопия. 2016. № 11. С. 50-58.
Оценка напряженно-деформированного состояния рельсов методами конечных элементов и акустоупругости / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, А. В. Платунов, И. В. Булдакова // Деформация и разрушение материалов. 2017. № 1. С. 41-44.
Муравьев В. В., Стрижак В. А., Хасанов Р. Р. Особенности программного обеспечения аппаратного комплекса для акустической тензометрии и структуроскопии металлоизделий // Интеллектуальные системы в производстве. 2016. № 2(29). С. 71-75.
Оценка накопления дефектов при усталости акустическим методом / В. В. Муравьев, Л. Б. Зуев, К. Л. Комаров [и др.] // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1994. № 4. С. 103-107.
Муравьев В. В., Бояркин Е. В. Неразрушающий контроль структурно-механического состояния рельсов текущего производства по скорости ультразвуковых волн // Дефектоскопия. 2003. № 3. С. 24-33.
Величко Д. В., Севостьянов А. А., Антерейкин Е. С. / Оценка надежности рельсов на участках Транссибирской магистрали // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2019. № 1 (48). С. 5-11.
Markovic N., Brajovic L., Malovic M. Methods for determination of residual stress in rail // XVIII Scientific-expert conference on Railways RAILCON’18. 11-12th of October, 2018, Nis. 2018. Pp. 113-116.
Mandal, Nirmal, Lees, Mitchell. An investigation into monitoring rail stress in continuously welded rails through stress-free temperature // Conference on railway Engineering, At Melbourne Australia, May 2016. 2016. Pp. 43-49.
Муравьев, В. В., Тапков К. А., Леньков С. В. Неразрушающий контроль внутренних напряжений в рельсах при изготовлении с использованием метода акустоупругости // Дефектоскопия. 2019. № 1. С. 10-16. DOI 10.1134/S01303082190100020.
Связь внутренних напряжений и механических свойств дифференцированно-упрочненных рельсов с параметрами акустических волн / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, А. В. Платунов, Л. В. Гущина // Сталь. 2018. № 10. С. 64-67.
Муравьев В. В., Тапков К. А., Леньков С. В. К вопросу контроля остаточных напряжений в дифференцированно термоупрочненных рельсах // Дефектоскопия. 2018. № 10. С. 3-9. DOI 10.1134/ S0130308218100019.
Муравьев В. В., Булдакова И. В., Гущина Л. В. К вопросу об акустической структуроскопии сварных соединений рельсов // Сварка и диагностика. 2017. № 6. С. 28-31.
Исследование напряженного состояния рельса с использованием акустоупругости и тензометрии / Л. Н. Степанова, С. А. Бехер, А. Н. Курбатов, Е. С. Тенитилов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. № 7 (655). С. 103-109.
Бехер С. А., Коломеец А. О. Экспериментальная методика измерения динамических сил, действующих на рельсы подкранового пути в реальных условиях эксплуатации // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2016. № 3 (687). С. 110-118.
Применение продольных волн при наклонном вводе ультразвуковых колебаний для повышения эффективности дефектоскопии рельсов / А. А. Марков, В. В. Мосягин, С. Л. Молотков, Г. А. Иванов // Контроль. Диагностика. 2021. Т. 24. № 8 (278). С. 4-13. DOI 10.14489/td.2021.08.pp.004-013.
Тарабрин, В. Ф. Аппаратно-программное обеспечение мобильных средств рельсовой дефектоскопии // Контроль. Диагностика. 2020. Т. 23. № 12 (270). С. 34-43. DOI 10.14489/td.2020.12.pp.034-043.
Оценка остаточных напряжений в рельсах с использованием электромагнитно-акустического способа ввода-приема волн / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, В. Е. Громов, А. М. Глезер // Деформация и разрушение материалов. 2015. № 12. С. 34-37.
Смирнов А. Н., Муравьев В. В., Абабков Н. В. Разрушение и диагностика металлов. Москва ; Кемерово : Инновационное машиностроение, 2016. 479 с. (Техническое диагностирование). ISBN 9785990830257.
Смирнов А. Н., Муравьев В. В., Фольмер С. В. Структурно-фазовое состояние и ресурс длительно работающего металла технических устройств опасных производственных объектов, перспективы дальнейшего развития методов оценки работоспособности // Контроль. Диагностика. 2009. № 1. С. 22-32.
Распределение остаточных напряжений при электроконтактном упрочнении бандажей локомотивных колес / В. В. Муравьев, С. Ю. Петров, А. В. Платунов [и др.] // Технология машиностроения. 2011. № 9. С. 42-45.
Электромагнитно-акустический метод исследования напряженно-деформированного состояния рельсов / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, А. В. Платунов, В. А. Куликов // Дефектоскопия. 2016. № 7. С. 12-20.
Связь глубины обезуглероженного слоя в рельсах со скоростью рэлеевских волн и коэрцитивной силой / В. В. Муравьев, А. В. Байтеряков, С. В. Леньков, В. А. Захаров // Сталь. 2017. № 8. С. 42-44.
Исследования структурного и напряженно-деформированного состояния рельсов текущего производства методом акустоупругости / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, А. В. Платунов [и др.] // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2018. Т. 21. № 2. С. 13-23. DOI 10.22213/2413-1172-2018-2-13-23.
Электромагнитно-акустический метод исследования напряженно-деформированного состояния рельсов / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, А. В. Платунов, В. А. Куликов // Дефектоскопия. 2016. № 7. С. 12-20.
Исследование двухосного напряженного состояния в рельсах Р65 методом акустоупругости / В. В. Муравьев, А. В. Якимов, Л. В. Волкова, А. В. Платунов // Интеллектуальные системы в производстве. 2019. Т. 17. № 1. С. 19-25. - DOI 10.22213/2410-9304-2019-1-19-25.
Муравьев В. В., Якимов А. В., Казанцев С. В. Распределение остаточных напряжений и скорости головной волны в рельсах // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2019. Т. 16, № 3. С. 370-376. DOI 10.25712/ASTU.1811-1416.2019.03.013.
Влияние наработки рельсов на скорость поверхностных и головных ультразвуковых волн / В. В. Муравьев, А. В. Байтеряков, А. М. Глезер, В. Е. Громов // Деформация и разрушение материалов. 2017. № 11. С. 42-47.
