Page 85 - Zmist-n2-2015
P. 85

кували, посилення тертя між берегами тріщини гальмує її ріст за зсувним меха-
                  нізмом, а для великого коефіцієнта тертя f c = 0,5 поширення тріщини в обох нап-
                  рямках за заданих експлуатаційних умов взагалі неможливе, причому як за наяв-
                  ності, так і за відсутності ЗН.

                      ВИСНОВКИ
                      Виявлено два напрями, найсприятливіші для поширення поверхневих зсув-
                  них тріщин у головці залізничної рейки за однонапрямленого кочення: один нап-
                                                               *
                  рям – у бік дії дотичних контактних зусиль (кут  β ; рис. 4), інший – у протилеж-
                                                               1
                               *
                                               *
                  ний бік (кут  β ; рис. 4). Кут  β  мало змінюється під впливом стискальних за-
                                               2
                                2
                                                                        *
                  лишкових напружень і тертя між берегами тріщини, а кут  β  – суттєво. При цьо-
                                                                        1
                                                                                *
                  му зі збільшенням коефіцієнта тертя f c між берегами тріщини кут  β  змінюється
                                                                                1
                  від майже прямого до пологого. За великих f c під впливом стискальних залишко-
                  вих напружень цей кут стає ще пологішим.
                      Показано, що тертя між берегами тріщини має значний вплив на максималь-
                  не значення розмаху ∆K II, який відповідає за поширення зсувних тріщин. Збіль-
                  шення коефіцієнта тертя f c призводить до суттєвого зниження максимуму ∆K II  , в
                                                                             *
                                                                                        *
                  результаті чого помітно зменшується різниця між значеннями  KD  II  (β ) та  KD  II  (β ).
                                                                                        2
                                                                             1
                      РЕЗЮМЕ.  Исследовано  влияние  продольных  сжимающих  остаточных  напряжений
                  на упругое состояние головки железнодорожного рельса, поврежденного поверхностной
                  трещиной, в условиях контакта качения. Для этого решена двумерная контактная задача
                  теории упругости для полуплоскости с краевой трещиной, берега которой контактируют с
                  трением  под  действием  движущейся  вдоль  края  полуплоскости  герцевской  нагрузки  и
                  равномерного  одноосного  сжатия  на  бесконечности.  Вычислены  коэффициенты  интен-
                  сивности напряжений и построены карты контактирования берегов трещины для разных
                  значений эксплуатационных параметров, характерных для системы колесо–рельс. Выяв-
                  лены наиболее опасные ориентации трещины, склонной к развитию в зоне сжатия по ме-
                  ханизму поперечного сдвига.
                      SUMMARY. The effect of longitudinal residual stresses on the stress state of railway rail
                  head damaged with a surface crack has been investigated under rolling contact. For this purpose
                  the two-dimensional contact problem for a half-plane with an edge crack whose faces contact
                  with friction under the action of moving Hertzian load and uniform uniaxial compression at in-
                  finity has been solved. Stress intensity factors have been calculated and the maps of engagement
                  of crack faces for different values of operational factors typical for the rail–wheel system have
                  been constructed. The most dangerous orientations of cracks susceptible to growth by the trans-
                  verse shear mechanism in pressure zone have been brought out.

                  1.  Introduction  to  the  damage  tolerance  behaviour  of  railway  rails  –  a  review  /  U.  Zerbst,
                     R. Lunden, K.-O. Edel, and R. A. Smith // Eng. Fract. Mech. – 2009. – 76. – P. 2563–2601.
                  2.  Budnitzki  G.  and  Edel  K.-O.  Railway  rails  can  fracture  under  service  conditions  //  Int.
                     Polym. Proc. – 2005. – № 11–12. – P. 674–681.
                  3.  Heinsch M. Improving rail durability and life // Int. Railway J. – 2004. – № 2. – P. 13–15.
                  4.  Кудиш И. И. Контактная задача теории упругости для предварительно напряженных
                     тел c трещинами // Журн. прикл. мат. и техн. физики. – 1987. – № 2. – С. 144–152.
                  5.  Noda  N.-A.,  Yagishita  M.,  and  Kihara  T.  Effect  of  crack  shape,  inclination  angle,  and
                     friction coefficient in crack surface contact problems // Int. J. Fract. – 2000. – 105, № 13.
                     – P. 367–389.
                  6.  Kapoor  A.  and  Fletcher  D. I.  Post  Hatfield  rolling  contact  fatigue.  The  effect  of  residual
                     stress  on  contact  stress  driven  crack  growth  in  rail.  P. 1:  The model  –  Technical  Report
                     WR061106-2. – Newcastle University, November 2006. – 30 p.
                  7.  Post Hatfield rolling contact fatigue. The effect of residual stress on contact stress driven
                     crack growth in rail. Comparison of the Hatfield and alternative UK rails using models to
                                                                                          89
   80   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90