تحلیل المان محدود خستگی تماس غلتشی در سوزن‌های متداول در خطوط ریلی ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 علم و صنعت ایران

2 دانشگاه علم و صنعت

چکیده

بالاترین توزیع خرابی‌های گزارش‌شده در خطوط راه‌آهن وابسته به سوزن‌ها است. علل اصلی این خرابی‌ها را می‌توان در: نیروهای تماس چرخ-ریل بالا، خزش در تیغه سوزن به علت تغییرات در پروفیل ریل و عدم پیوستگی در پروفیل ریل درگذر از ریل بال و نیشدلی که سبب نیروی‌های برخورد شدید می‌شود، جستجو کرد. در این مقاله روشی برای محاسبه عمر خستگی در نیشدلی سوزن ارائه‌شده است. ابتدا مدلی دینامیک در مسیر کامل سوزن شامل پانل سوئیچ و تقاطع شبیه‌سازی‌شده است. به‌منظور بررسی دقیق‌تر نیشدلی سوزن به دلیل بحرانی بودن این نقطه از خط، نتایج نیروهای حاصل از مدل دینامیک به مدلی استاتیک با جزئیات بیشتر انتقال داده‌شده است. سپس نتایج تنش و کرنش استخراج‌شده تا یک تحلیل خستگی برای یافتن عمر و صفحه جوانه زنی ترک خستگی تماس غلتشی، روی نیشدلی سوزن ارائه شود. با توجه به اهمیت مقوله خستگی و لزوم بررسی تأثیر متغیرهای مختلف بر میزان عمر خستگی، مطالعه پارامتریک با در نظرگیری متغیرهایی نظیر سرعت سیر، وزن واگن، ضریب اصطکاک و نوع سوزن انجام‌شده است. نتایج بیانگر عمرهای جوانه‌زنی ترک کمتر در سوزن‌های UIC60 و قوس‌ها با شعاع بیشتر است. نیروهای تماس کمتری در سوزن‌های UIC60 نسبت به U33 مشاهده‌شده است، همچنین با بالا رفتن ضریب اصطکاک عمر خستگی به‌طور محسوسی کاهش‌یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical analysis of Rolling Contact Fatigue in common turnouts of Iran railway track

نویسندگان [English]

  • Majid Shahravi 1
  • Mohammad Rezasefat 2
2 School of Railway Engineering, Iran University if Science and technology
چکیده [English]

The highest amount of reported failures in railway tracks are due to turnout problems. The main causes of these breakdowns are: high wheel-rail contact forces, creep in the switch blade due to changes in the rail profile, and inconsistency in the rail profile during wheel passage over wing rail and crossing nose causing collision forces. In this paper, a new method for crossing nose fatigue life prediction is presented using FE approach. Firstly, a dynamic model containing a complete turnout (switch and crossing panels) is simulated. For a closer look at crossing, the results of the forces generated by the dynamic model are transmitted to a more detailed static model at specific sections, because of the criticality of this point in track. Then the stress and strain results are extracted to perform the fatigue analysis on the crossing nose in order to calculate fatigue crack initiation life and critical planes. Regarding the importance of fatigue and the necessity of investigating the effect of different variables on fatigue life, a parametric study is conducted considering variables such as velocity, wagon weight, and turnout type. The results indicate that the predicted fatigue life in UIC60 crossings are less than U33. Also, by increasing the wagon weight and speed or the curve radius fatigue crack initiation life have increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Turnout crossing
  • Rolling Contact Fatigue
  • numerical simulation
  • Life prediction
  • crack initiation