تحلیل اجزاء محدود مکانیک شکست و مکانیک تماس چرخ و ریل

Abstract

در مقاله حاضر مسئله تماس چرخ و ریل با وجود ترک سطحی در ریل بررسی شده است. دلیل بررسی این مسئله تأثیر قابل توجه تماس چرخ و ریل بر ضرایب شدت تنش و به طور متقابل تأثیر ترک بر توزیع فشار تماسی می باشد. در این تحقیق با استفاده از روش اجزاء محدود و به کمک یک نرم افزار تجاری چرخ و ریل ترکدار تحت شرایط غلتش همراه با لغزش جزئی مدل سازی شده است. برای مدل کردن اثر متقابل بین چرخ و ریل و همچنین سطوح ترک از المان های تماسی استفاده شده است. ضرایب شدت تنش با روش عددی برونیابی جابجایی محاسبه گردیده است. تأثیر فاکتورهایی همچون زاویه استقرار ترک، طول ترک و موقعیت چرخ نسبت به ترک روی ضرایب شدت تنش و فشارهای تماسی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داد ضریب KII دارای مقادیری بزرگتر از KI میباشد. از این رو به نظر میرسد در این مسئله تماس چرخ و ریل، مد برشی بر رفتار نوک ترک غالب است. تغییر شکل پیچیده لبه ترک هنگام عبور چرخ، جهت تنش برشی را در سطوح ترک تغییر میدهد و این باعث نوسان در مقادیر KII میشود. نوسان در مقادیر KII مهم‌ترین عامل رشد ترک خستگی در مسئله تماس چرخ و ریل است. هنگامی که ترک در محدوده تماس چرخ و ریل قرار میگیرد توزیع فشار تماسی حالت تکین دارد. از این رو فرضیات فشار تماسی هرتز هنگام بررسی تماس چرخ و ریل در مجاورت ترک نامعتبر به نظر میرسد.