Определение влияния температуры на продольные напряжения в рельсах с использованием эффекта акустоупругости

Аннотация

Контроль железнодорожного рельсового пути относится к одной из основных работ, необходимых для обеспечения безопасности пассажирских и грузовых перевозок, как в нашей стране, так и за рубежом. В современных условиях обеспечение безаварийной работы железной дороги связано с решением задач по определению продольных напряжений в рельсах, вызванных большой протяженностью бесстыкового пути, повышением скорости перевозок, увеличением грузооборота и влиянием температуры окружающей среды. На продольные напряжения в рельсах большое влияние оказывает температура. Из-за отсутствия температурной компенсации в закрепленном бесстыковом пути рельсовые плети не могут свободно расширяться и сжиматься при ее изменении. Превышение допустимых продольных напряжений в рельсах может вызывать появление и развитие усталостных трещин, разрушение рельсового пути и аварийные ситуации, что может привести к их температурному выбросу, потере устойчивости и изгибу. Поэтому разрабатываются современные методы неразрушающего контроля и диагностические микропроцессорные системы, совершенствуется программное обеспечение к ним. Среди известных методов неразрушающего контроля наибольшее распространение получили акустические методы (ультразвуковой и эффект акустоупругости). Принцип действия эффекта акустоупругости основан на зависимости продольных напряжений от скорости упругих ультразвуковых волн. В настоящей работе осуществлялось определение влияния температуры на продольные напряжения в рельсах. При использовании эффекта акустоупругости регистрировались продольные, поперечные и трансформированные волны при нормальных условиях, а также при положительных и отрицательных температурах окружающей среды. При этом основным измеряемым параметром является время распространения ультразвукового сигнала от излучателя до приемника через участок рельса. Исследования показали, что скорости упругих волн уменьшаются при нагревании материала рельса и определяются в основном температурными зависимостями модулей упругости. Информация, получаемая при контроле рельсов, записывалась в микропроцессорную систему «Акуст-1», работающую на основе эффекта акустоупругости. Для подтверждения результатов, получаемых этой системой, использовалась тензометрия. Контроль продольных напряжений осуществлялся сертифицированной многоканальной микропроцессорной тензометрической системой ММТС-64.01 класса точности 0,2. Предложена схема контроля продольных механических напряжений в рельсах с использованием продольных, поперечных и трансформированных волн. Для контроля высоты рельса дополнительно между излучающим и приемным наклонными преобразователями устанавливался раздельно-совмещенный прямой преобразователь. Разработанный акустический способ контроля на основе эффекта акустоупругости позволяет определять механические напряжения в рельсах с погрешностью, не превышающей 10 %, что допустимо для его практического применения на железной дороге.