تحلیل پدیده سایش در طول سوزن‌های ریلی با استفاده از تکنیک ترکیب نرم‌افزاری و بررسی پارامترهای موثر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 علم و صنعت ایران

2 دانشجوی ارشد گرایش مهندسی ماشین های ریلی دانشکده راه آهن دانشگاه علم صنعت تهران،ایران

3 دانشجوی ارشد گرایش مهندسی ماشین های ریلی دانشکده راه اهن دانشگاه علمو صنعت ایران

چکیده

امروزه بالا رفتن بار محوری و سرعت در سیستم‌های حمل ونقل ریلی بسیار مورد توجه است که منجر به افزایش مقدار فشار وارد به مسیر، انرژی تلف شده و سایش شدید می‌گردد. سوزن‌ها در حمل و نقل ریلی از مهمترین عناصر در تسهیل رفت و آمد و افزایش ظرفیت مسیر تلقی می‌شوند. در کنار این، یکی از سوانحی که بیشترین آسیب‌های مالی و جانی برای راه‌آهن کشورها به همراه دارد؛ خروج از خط ناوگان در محل تقاطع سوزن‌ها، به علت خرابی سوزن و تغییر شکل پروفیل آن است. با توجه به اهمیت بالای سوزن، این پژوهش با در نظر گرفتن تئوری‌های حاکم، همچنین جمع‌آوری اطلاعات و استفاده از ترکیب دو نرم‌افزار برای بهبود و تسهیل مدل‌سازی، به بررسی سایش و تغییرشکل در کل مسیر سوزن و به طور خاص سوزن مورد استفاده در سیستم حمل و نقل ریلی ایران می‌پردازد. در این مقاله با بررسی پیشینه پژوهش‌های انجام شده، تکنیکی جدید، مبتنی بر مکان بیشترین نیرو و مقدار آن مورد استفاده قرار گرفته است تا علاوه بر یافتن تغییرشکل ساختار و میزان انرژی سایش در کل حرکت مسیر، با درنظر گرفتن اثرات سرعت، بارمحوری و پروفیل سوزن در کنار سخت شوندگی ایزوتزوپیک و جنبشی، نقاط بحرانی را شناسایی کرده و حجم محاسبات را کاهش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of the Wear of Railway Turnouts in a Combined Method and Hardening Model

نویسندگان [English]

  • Majid Shahravi 1
  • Ahmad Reza Shahmolla Ghamsari 2
  • Ahmad Reza Akbari 3
2 railway engineering, Iran university of science and technology, Tehran, Iran
3 railway engineering, Iran university of science and technology, Tehran,Iran
چکیده [English]

Nowadays, the increase in axial load and speed in railway transportation systems has increased the amount of pressure applied to the surface and energy loss and has caused severe wear of turnout profiles, especially in turnout intersections. One of the major financial and physical losses to the country’s railway is the train derailment in the turnout intersections. Due to the importance of turnout, it has been tried to study the role of damages caused by turnout wear of railway system and explain the necessity for such research, particularly in Iran, by studying this phenomenon and examining the ruling theories as well as collecting information. In fact, these studies are the starting point for a more precise investigation into this phenomenon. In the following, the movement of the train on a turnout is simulated in the universal mechanism software and the amount of force applied to the turnout and the wear energy is extracted. Furthermore, the effect of different parameters such as speed, axial load, friction coefficient, arc radius, and turnout profile on the rate of wear will be investigated. Then the turnouts are modeled on CATIA software and the forces extracted from the universal mechanism simulation are exerted to the turnout in the finite element method software, and the stress, strain, and deformation of the turnouts are investigated

کلیدواژه‌ها [English]

  • Turnout
  • wear
  • Plastic Deformation
  • finite element
[1]   A. Johansson, B. Pålsson, M. Ekh, J.C. Nielsen, M.K. Ander, J. Brouzoulis, E. Kassa, Simulation of wheel– rail contact and damage in switches & crossings, Wear, 271(1-2) (2011) 472-481.
[2] M. Pletz, W. Daves, W. Yao, H. Ossberger, Rolling contact fatigue of three crossing nose materials— Multiscale FE approach, Wear, 314(1-2) (2014) 69-77.
[3]  S. Bruni, I. Anastasopoulos, S. Alfi, A. Van Leuven, G. Gazetas, Effects of train impacts on urban turnouts: modelling and validation through measurements, Journal of Sound and Vibration, 324(3-5) (2009) 666.986
[4]  V. Markine, M. Steenbergen, I. Shevtsov, Combatting RCF on switch points by tuning elastic track properties, Wear, 271(1-2) (2011) 158-167.
[5] J. Xiao, F. Zhang, L. Qian, Numerical simulation of stress and deformation in a railway crossing, Engineering failure analysis, 18(8) (2011) 2296-2304.
[6]  A.E. Blanco-Saura, J.L. Velarte-González, F. RibesLlario, J.I. Real-Herráiz, Study of the dynamic vehicletrack interaction in a railway turnout, Multibody System Dynamics, 43(1) (2018) 21-36.
[7] Y. Ma, A.A. Mashal, V.L. Markine, Modelling and experimental validation of dynamic impact in 1: 9 railway crossing panel, Tribology International, 118 (2018) 208-226.
[8] J. Xu, P. Wang, J. Wang, B. An, R. Chen, Numerical analysis of the effect of track parameters on the wear of turnout rails in high-speed railways, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 232(3) (2018) 709721.
[9]  L. Xin, V. Markine, I. Shevtsov, Numerical analysis of the dynamic interaction between wheel set and turnout crossing using the explicit finite element method, Vehicle System Dynamics, 54(3) (2016) 301-327.
[10]  L. Xin, V. Markine, I. Shevtsov, Analysis of the effect of repair welding/grinding on the performance of railway crossings using field measurements and finite element modeling, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 232(3) (2018) 798-815.
[11]  P.K. Bhardwaj, S. Harsha, A. Gupta, S.C. Sharma, Analysis of the Effect of Rail Curving and Friction on Wear Using FEM.
[12]  J. Xu, P. Wang, L. Wang, R. Chen, Effects of profile wear on wheel–rail contact conditions and dynamic interaction of vehicle and turnout, Advances in Mechanical Engineering, 8(1) (2016) .6963265104187861
[13]  L. Xin, V. Markine, I. Shevtsov, Numerical procedure for fatigue life prediction for railway turnout crossings using explicit finite element approach, Wear, 366 (2016) 167-179.
[14]  J.C. Nielsen, B.A. Pålsson, P.T. Torstensson, Switch panel design based on simulation of accumulated rail damage in a railway turnout, Wear, 366 (2016) 241248.
[15]  G. I. Alarcón, N. Burgelman, J. M. Meza, A. Toro, and Z. Li, “The influence of rail lubrication on energy dissipation in the wheel/rail contact: a comparison of simulation results with field measurements,” Wear, vol. 330, pp. 533–539, 2015.
[16]  Abaqus User Manual 2016
[17] L.Xin, V.L. Markine, I.Y. Shevtsov, Numerical analysis of rolling contact fatigue crack Initition and fatigue life prediction of Railway Crossing, International Conference on Contact Mechanics, CM2015, Colorado Springs, Colorado, USA
[18]  J. W. Ringsberg, “Life prediction of rolling contact fatigue crack initiation,” Int. J. Fatigue, vol. 23, no. 7, pp. 575–586, 2001.
[19]  M.R. Ghazavi, M. Taki, Dynamic simulations of the freight three-piece bogie motion in curve, Vehicle System Dynamics, 46(10) (2008) 955-973.