Оценка устойчивости и траектории развития трещин в рельсах под действием циклических нагрузок

Аннотация

В данной работе рассматриваются методы анализа и прогнозирования развития подповерхностных трещин в головке рельса. Особое внимание уделено продольно-поперечным и поперечным трещинам, а также факторам, влияющим на их рост и изменение траектории. Цель исследования: разработка и уточнение аналитических и численных методов для прогнозирования траектории развития подповерхностных трещин в рельсах под воздействием циклических нагрузок. Основное внимание уделяется оценке возможности перерастания продольных трещин в поперечные и определению условий, при которых происходит это явление. Методы исследования: применение методов механики разрушения, аналитических расчетных схем и численного моделирования методом конечных элементов. Используются уравнения, описывающие напряженно-деформированное состояние рельса, и критерии устойчивости развития трещин. В расчетах учитываются параметры контактной нагрузки, влияющие на рост и изменение траектории трещины, такие как сила трения, величина контактного пятна и относительное положение трещины. Результаты: продольно-поперечные трещины в рельсах развиваются значительно быстрее, чем поперечные, что существенно увеличивает риск разрушения рельса. Установлено, что при определенных условиях возможно отклонение траектории развития трещины, приводящее к ее перерастанию в трещину нормального отрыва. В численных экспериментах выявлены критические параметры нагрузки и геометрии трещины, влияющие на вероятность ее нестабильного развития. Практическая значимость: результаты исследования могут быть использованы для улучшения прогнозирования и предупреждения разрушений рельсов в условиях эксплуатации, что способствует повышению безопасности железнодорожного транспорта. Модели и методики оценки могут быть интегрированы в системы диагностики и мониторинга состояния рельсовых путей, что позволит своевременно выявлять и устранять опасные дефекты.