Page 79 - Zmist-n2-2015

Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 2. – Physicochemical Mechanics of Materials

УДК 539.375
ВПЛИВ СТИСКАЛЬНИХ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ
НА ПОШИРЕННЯ ЗСУВНИХ ПОВЕРХНЕВИХ ТРІЩИН
У ЗАЛІЗНИЧНИХ РЕЙКАХ

О. П. ДАЦИШИН, Г. П. МАРЧЕНКО, А. Ю. ГЛАЗОВ, А. Б. ЛЕВУС
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів

Досліджено вплив поздовжніх стискальних залишкових напружень на пружний стан
головки залізничної рейки, пошкодженої поверхневою тріщиною, в умовах контакту
кочення. Для цього розв’язано двовимірну контактну задачу теорії пружності для
півплощини з крайовою тріщиною, береги якої контактують з тертям під дією рухо-
мого герцівського навантаження на краю півплощини і рівномірного одновісного
стиску на нескінченності. Обчислено коефіцієнти інтенсивності напружень і побу-
довано карти контактування берегів тріщини для різних значень експлуатаційних
параметрів, характерних для системи колесо–рейка. Виявлено найнебезпечніші орі-
єнтації тріщини, схильної до розвитку у зоні стиску за механізмом поперечного зсуву.
Ключові слова: тріщина, контактна задача, тертя, герцівське навантаження,
залишкові напруження, сингулярні інтегральні рівняння, коефіцієнти інтенсивності
напружень.
Під час експлуатації технічної пари колесо–рейка часто руйнуються поверх-
ні кочення залізничних рейок. При цьому суттєвий вплив на цей процес мають
поздовжні залишкові напруження (ЗН), які виникають у рейках. За експлуатації
рейки у приповерхневому шарі поверхні кочення з’являються локальні пластичні
деформації, що призводить до механічного зміцнення в цій ділянці головки рей-
ки. Внаслідок цього ЗН, які спочатку – після виготовлення рейки – здебільшого
були розтягальними, стають стискальними і біля самої поверхні досягають мак-
симального значення [1, 2].
На сьогодні на залізницях Європи у близько 30% випадків причиною заміни
рейок є тріщиноподібні дефекти в головці [3]. Тому для рейки в умовах контакт-
ної втоми кочення і за наявності ЗН особливо небезпечними є поверхневі тріщи-
ни, які поширюються в її головці. Однак сукупний вплив контактних і ЗН на нап-
ружений стан в околі таких дефектів вивчено недостатньо [4–8]. При цьому за-
лізничну рейку моделювали півплощиною, дію колеса на рейку – герцівським
контактним навантаженням, а вплив ЗН – рівномірним розтягом/стиском на не-
скінченності [4, 5], масовими силами [6, 7] або зоною пластичності [8].
Раніше аналогічні дослідження виконали також автори цієї роботи [9–12].
Однак випадок контакту з тертям берегів тріщини, яка поширюється в умовах
стиску, не розглядали. Нижче, продовжуючи ці дослідження, розв’язано контакт-
ну задачу теорії пружності для півплощини з крайовою тріщиною з врахуванням
тертя між її берегами під дією рухомого герцівського навантаження і стискаль-
них ЗН. Виявлено орієнтації тріщини, найсприятливіші для її розвитку за меха-
нізмом поперечного зсуву.
Формулювання задачі та її сингулярні інтегральні рівняння. Замість по-
шкодженої поверхневим тріщиноподібним дефектом залізничної рейки у двови-

Контактна особа: Г. П. МАРЧЕНКО, e-mail: mhp@ipm.lviv.ua

83