Вплив стискальних залишкових напружень на поширення зсувних поверхневих тріщин у залізничних рейках

Abstract

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 рухомого герцівського навантаження на краю півплощини і рівномірного одновісного стиску на нескінченності. Обчислено коефіцієнти інтенсивності напружень і побудовано карти контактування берегів тріщини для різних значень експлуатаційних параметрів, характерних для системи колесо–рейка. Виявлено найнебезпечніші орієнтації тріщини, схильної до розвитку у зоні стиску за механізмом поперечного зсуву.

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 интенсивности напряжений и построены карты контактирования берегов трещины для разных значений эксплуатационных параметров, характерных для системы колесо–рельс. Выявлены наиболее опасные ориентации трещины, склонной к развитию в зоне сжатия по механизму поперечного сдвига.

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 infinity 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 transverse shear mechanism in pressure zone have been brought out.