تحلیل مکانیک شکست ترک ستارهای درز ریل و معرفی پارامترهای مؤثر بر نرخ رشد ترک
نویسندگان
1 دانشیار، دانشکده مهندسی راهآهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی راهآهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
doi
10.22034/tri.2021.131577چکیده
امروزه اغلب خطوط به صورت جوشکاری شده پیوسته اجرا شده و درز ریل پیچی کمتر استفاده میشود. اما این نوع اتصال ریلها به دلیل کاربرد در سیستم علائم الکتریکی و مدار راه، همچنان مورد استفاده قرار میگیرد. رشد ترک ستارهای (ترک سوراخ پیچ ریل)، یکی از دلایل اصلی شکست ریل در ناحیه درز بوده و از نقطه نظر ایمنی نیز حائز اهمیت میباشد؛ زیرا اگر در حین عبور قطار این شکستگی رخ دهد، منجر به خروج از خط خواهد شد. مشاهدات میدانی نشان میدهد که این ترکها اغلب در جداره اولین سوراخ جوانه زده و با زاویه حدود 45 درجه، به سمت تاج و پاشنه ریل رشد میکنند. در این پژوهش، ابتدا با استفاده از روش اجزا محدود، مدلی برای درز ریل ارائه و به صورت شبه استاتیکی تحلیل شده است. پس از آن، ضمن بررسی روند تغییرات ضرایب شدت تنش برای حالتهای مختلف، محدودهای که در آن حداکثر مقدار ضریب شدت تنش معادل ایجاد میشود، تعیین شده است. سپس تأثیر تغییرات سه پارامتر بار محوری، سرعت قطار و سختی تکیهگاه ریل بر مقدار ضریب شدت تنش معادل و نسبت KI به KII بررسی شده است. در پایان، مسأله رشد ترک خستگی بر اساس رابطه پاریس، برای 5 حالت مختلف تحلیل شده است. به کمک معیار حداکثر تنش مماسی، امتداد رشد ترک در هر مرحله به دست آمده و نهایتاً طول بحرانی ترک و تعداد کل سیکلهای بارگذاری تا لحظه شکست محاسبه شده است. نتایج نشان میدهد که ضریب شدت تنش معادل به نیروی چرخ حساسیت بیشتری دارد. همچنین نرخ رشد ترک با افزایش نیروی چرخ و یا کاهش سختی تکیهگاه ریل، به طور تصاعدی افزایش مییابد. از نتایج کاربردی این مقاله میتوان به بهینهسازی امور نگهداری خط و تصمیمگیری در مواردی همچون تعویض ریل ترکخورده یا عدم آن و زمانبندی مناسب جهت بازرسیهای درز ریل اشاره کرد.
