Acceptable Residual Stresses Value Criteria for Rail Stress State
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2021-4-26-32Keywords:
simulating, rail, acoustoelasticity, residual stresses, criteriaAbstract
According to simulating and experimental research, the negative linear relation between the level of residual stresses, assessed by the method of acoustic tensometry, and the divergence of the notch in the rail cut in accordance with clause 7.14 of GOST 51685-2013, was found. The correlation coefficient is 0.94. It was determined by the method of regression analysis that the sensitivity of inclination of the notch is the same for different rail casts with account of the measuring errors and it is minus 0.032, but the constant component of the expression is different for different casts of the rail. The constant component should be assessed according to the results of the tests of residual stresses by destructive methods (cutting the rail) in accordance with 7.14 GOST 51685-2013. After evaluating the constant component for each of the rail casts, the dependence can be obtained that describes the notch divergence depending on the level of the measured residual stresses. When the descrepancy of the notch does not exceed 2 mm, the stress state of the rail is acceptable by GOST 51685-2013; the predicted notch discrepancy of the notch is calculated according to the dependence given in the paper. Experimental evaluation of residual stresses was carried out using the EMA method of wave input-reception and the acoustoelasticity effect. Mathematical modeling was carried out by the finite element method using the Comsol Multiphysics environment. The size of the finite elements is adaptive, the size of the element ranges from 0.2 mm to 3 mm. To simulate residual stresses, distributed loads with a gradient character were applied to the rail, selected so that at a given level of stress across the rail elements, the stress transition had a smooth character.References
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.
