Індекс рубрикатора НБУВ: Ж306.22-1с + В251.104

Рубрики:

Міцність матеріалів

Руйнування крихке < Теорія пружності >

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Разработан алгоритм расчета остаточной долговечности приповерхностного слоя опорных валков прокатных станов за развитием питтинга. В рамках ранее предложенной численно-аналитической двухстадийной модели оценки контактной долговечности тел качения в условиях граничного трения (смазки) построены и проанализированы траектории развития краевых трещин на стадиях сдвига и разрыва. Предложен критерий перехода между этими механизмами. Оценена долговечность валков с помощью характеристик циклической трещиностойкости валковых сталей 9ХФ, GH и SKH. Исследована зависимость контактной долговечности от коэффициента трения между телами качения, размера площадки контакта, контактного давления, угла наклона начальной сдвиговой трещины и др. Контактная долговечность изучена на дисковых образцах из валковой стали 9ХС. Сопоставлены результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Розглянуто контактну задачу теорії пружності для півплощини з крайовою нахиленою тріщиною, береги якої контактують з тертям за герцівського контактного навантаження, яке однонапрямлено переміщається вздовж краю півплощини. Наведено карти контактування берегів тріщини, обчислено коефіцієнти інтенсивності напружень для конфігурацій параметрів, характерних для контактної взаємодії кочення (коефіцієнти тертя між берегами тріщини і тілами кочення, орієнтація і довжина тріщини).

Розроблено методологію для комп'ютерного дослідження процесів руйнування в зоні контакту пар кочення та оцінювання їх залишкової довговічності за критеріями формування типових контактно-втомних пошкоджень - пітингу та відшарування - з урахуванням експлуатаційних умов пари кочення та характеристик циклічної тріщиностійкості матеріалів на поперечний зсув і розрив. Методологія базується на концепціях двостадійної моделі оцінювання довговічності твердих тіл при їх циклічному контактуванні за розвитком тріщин. Приймається, що в зоні контакту приповерхневі макротрішини, які формують пошкодження, на початковій (першій) стадії розвиваються за механізмом поперечного зсуву, на другій - за механізмом нормального розриву. Розвинуто можливості моделі для першої стадії за рахунок розв'язків нових контактних задач для тіл з тріщинами, береги яких контактують в зоні стиску (гладкий контакт, проковзування з тертям, защемлення) під дією рухомого навантаження на поверхні кочення, та для другої стадії - за рахунок моделювання дії рідини, що проникає в тріщину. Розроблено розрахункові алгоритми та за ними побудовано траєкторії поширення тріщин, які формують втомні поверхневі пошкодження. Оцінено залишкову контактну довговічність за утворенням пітингу та відшарування в приповерхневій зоні рейок, залізничних коліс та опорних валків вальцювальних станів. Показано ступінь залежності контактної довговічності від таких експлуатаційних параметрів, як тертя-змащування в контакті, тертя між берегами тріщини, інтенсивність навантаження пари кочення та характеристики циклічної тріщиностійкості матеріалів на зсув і розрив. Побудовано криві контактної втоми для елементів пари колесо-рейка за розвитком пітингу. Прогнозовано розвиток (довжина) горизонтальної підповерхневої тріщини в приповерховій зоні рейкових та валкових сталей залежно від кількості циклів кочення. На основі одержаних результатів прогнозуються також форми та розміри частинок викришування та відшарувань залежно від умов експлуатації та циклічної тріщиностійкості тіл кочення.

Мета роботи - теоретичне встановлення характеристичного кута поширення поверхневих тріщин у головках залізничних рейок, який є головним фактором у формуванні типових поверхневих контактно-втомних пошкоджень, таких як "пітинг", "риски", "нора" тощо. Необхідно також знайти умови для визначення цього кута. Дослідження проводили на основі методу сингулярних інтегральних рівнянь. Пошкоджену поверхневою тріщиною рейку моделювали як півплощину з крайовим розрізом, а дію колеса на рейку - як односпрямоване повторне поступальне переміщення уздовж краю півплощини з герцівськими контактними зусиллями, з дотичною складовою. Задачу визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень близько вершини тріщини в головці рейки звели до системи двох дійсних сингулярних інтегральних рівнянь, які розв'язали чисельно - методом механічних квадратур Гауса-Чебишова. Складність задачі полягає в тому, що межі ділянок контакту і розкриття берегів тріщини наперед невідомі та змінюються під час переміщення контактних зусиль. Ці межі визначали одночасно з розв'язанням інтегральних рівнянь задачі за додатковими умовами методом ітерацій. Теоретично встановлена наявність у головці рейки характеристичного кута поширення поверхневих тріщин за механізмом поперечного зсуву та записані умови для його визначення. Отримані результати добре узгоджуються з інженерними та експериментальними даними. Вперше теоретично знайдено величини характеристичного кута, під яким на початковій стадії поширюються зсувні поверхневі контактно-втомні тріщини в головці залізничної рейки від дії коліс. Записано умови для визначення цього кута. Отримані дані мають важливе значення для інженерної практики, оскільки виявляють природу поверхневих контактно-втомних дефектів рейок за різних умов експлуатації залізничної колії та дозволяють прогнозувати їх контактну міцніть і довговічність.

Досліджено вплив поздовжніх стискальних залишкових напружень на пружний стан головки залізничної рейки, пошкодженої поверхневою тріщиною, в умовах контакту кочення. Для цього розв'язано двовимірну контактну задачу теорії пружності для півшіощини з крайовою тріщиною, береги якої контактують з тертям під дією рухомого герцівського навантаження на краю півплощини і рівномірного одновісного стиску на нескінченності. Обчислено коефіцієнти інтенсивності напружень і побудовано карти контактування берегів тріщини для різних значень експлуатаційних параметрів, характерних для системи колесо-рейка. Виявлено найнебезпечніші орієнтації тріщини, схильної до розвитку у зоні стиску за механізмом поперечного зсуву.

Запропоновано розрахункові алгоритми, на основі яких обчислено коефіцієнти інтенсивності напружень для підповерхневих тріщин у півплощині та побудовано траєкторії їх поширення під дією рухомого модельного (еліптичного) контактного навантаження. Експериментально встановлено діаграми втомного руйнування для модельної колісної сталі 65Г за умов поперечного зсуву та нормального розриву. Оцінено залишкову контактну довговічність за утворенням відшарування у приповерхневій зоні залізничних коліс, виготовлених зі сталі типу 65Г. Досліджено залежність довговічності від таких експлуатаційних та геометричних параметрів, як тертя/змащування за контакту між колесом і рейкою, тертя між берегами тріщини, глибина залягання початково прямолінійної тріщини та інтенсивність навантаження пари кочення, а також спрогнозовано форму і розміри відшарувань.

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.223

Рубрики:

Утомна (циклічна) міцність (утома, витривалість) металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.223

Рубрики:

Утомна (циклічна) міцність (утома, витривалість) металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ