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