Rail steel contact fatigue curves

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Introduction. The problem of contact fatigue damage of rails has become especially urgent with the intensified railway freight load. An effective method of studying various damage factors is mathematical simulation of the dynamics of motion and accumulation of contact fatigue damage in the rail material. The damage accumulation simulation uses a curve of dependence of the number of wheel loading cycles or design rail section until contact fatigue failure on the value of the selected contact fatigue criterion. This curve could only be obtained in an experiment.

Materials and methods. The authors performed bench-scale contact fatigue testing of roller-shape rail steel specimens. The test rig of original design created a load of up to 4000 N on the rollers. The experimental data were processed using the finite element method. The problem of rolling the specimen and the counterbody was solved in the elastoplastic formulation.

Results. The authors studied the effects of the size and shape of the contact surfaces for the contact fatigue test specimens on the distribution of contact pressures. They designed and built a roller-on-roller contact fatigue test rig. The researchers tested rail steel specimens for contact fatigue. The results were processed using the finite element method with the plotting of contact fatigue curves of rail steel according to three criteria: combined, Dang Van criterion, amplitude value of maximum shear stress.

Discussion and conclusion. The developed methodological approach yielded contact fatigue curves of rail steel. The curves may be used in simulations of the accumulation of contact fatigue damage in the rail material under different axle loads, dynamic loads arising when the rolling stock moves in curves and straight track sections with different rolling profiles of wheels and rails.

Sobre autores

Vladimir Sakalo

Bryansk State Technical University

Email: sakalo@umlab.ru
ORCID ID: 0009-0008-7747-581X

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Land Transport and Technological Complexes

Rússia, Bryansk

Alexey Sakalo

Bryansk State Technical University

Autor responsável pela correspondência
Email: sakalo@umlab.ru
ORCID ID: 0000-0002-9137-9620

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Land Transport and Technological Complexes

Rússia, Bryansk

Bibliografia

  1. Бурков Д. Н., Ваганова О. Н. Актуальные проблемы рельсового хозяйства // Путь и путевое хозяйство. 2022. № 8. С. 2—7. Burkov D. N., Vaganova O. N. Actual problems of rail facilities. Railway Track and Facilities. 2022;(8):2-7. (In Russ.).
  2. Захаров С. М., Торская Е. В. Подходы к моделированию возникновения поверхностных контактно-усталостных повреждений в рельсах // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2018. Т. 77, № 5. С. 259-268. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2018-77-5-259-268. Zakharov S. M., Torskaya E. V. Approaches to modeling occurrence of rolling contact fatigue damages in rails. Russian Railway Science Journal. 2018;77(5):259-268. (In Russ.). https://doi.org/10.21780/2223- 9731-2018-77-5-259-268.
  3. Сакало В. И., Сакало А. В. Критерии для прогнозирования возникновения контактно-усталостных повреждений в колесах железнодорожного подвижного состава и рельсах // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2019. Т. 78, № 3. С. 141-148. https://doi. org/10.21780/2223-9731-2019-78-3-141-148. Sakalo V. I., Sakalo A. V. Criteria for predicting the initiation of rolling contact fatigue damage in the railway wheels and rails. Russian Railway Science Journal. 2019;78(3):141-148. (In Russ.). https://doi. org/10.21780/2223-9731-2019-78-3-141-148.
  4. Сакало В. И., Сакало А. В., Коссов В. С. Механика контактного взаимодействия колеса и рельса. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2021. 376 с. EDN: https://www.elibrary.ru/jychir. Sakalo V. I., Sakalo A. V., Kossov V. S. Mechanics of contact interaction of wheel and rail. Moscow, Berlin: Direct-Media; 2021. 376 p. (In Russ.). EDN: https://www.elibrary.ru/jychir.
  5. Akaoka J., Hirasawa K. Fatigue Phenomena under Rolling Contact Accompanied with Sliding. Bulletin ofJSME. 1959;2(5):43-50. https://doi.org/10.1299/jsme1958.2.43.
  6. Ishida M., Abe N. Experimental study on rolling contact fatigue from the aspect of residual stress. Wear. 1996;191:65-71.
  7. Liu C. R., Choi Y. Rolling contact fatigue life model incorporating residual stress scatter. International Journal of Mechanical Sciences. 2008;50(12):1572-1577. https://doi.org/10.1016/jijmecsci.2008.10.008.
  8. Борц А. И., Долгих Л. В., Заграничек К. Л. Испытания рельсов на выносливость // Путь и путевое хозяйство. 2013. № 2. С. 16—22. Borts A. I., Dolgikh L. V., Zagranichek K. L. Rail endurance testing. Railway Track and Facilities. 2013;(2):16-22. (In Russ.).
  9. Clayton P., Su X. Surface initiated fatigue of pearlitic and bainitic steels under wear lubricated rolling/sliding contact. Wear. 1996;200:63-73.
  10. Su X., Clayton P. Ratchetting strain experiments with a pearlitic steel under rolling/sliding contact. Wear. 1997;205:137-143.
  11. Сакало В. И., Сакало А. В. Контактная усталость рельсовых и колесных сталей. Лабораторные испытания // Пятый научно-технический семинар «Компьютерное моделирование на железнодорожном транспорте: динамика, прочность, износ», Брянск, 4-6 октября 2022. Брянск: БГТУ, 2022. С. 99-102. Sakalo V. I., Sakalo A. V. Contact fatigue of rail and wheel steels. Laboratory tests. In: Fifth scientific and technical workshop "Computer simulation in railway transport: dynamics, strength, wear", 4—6 October 2022, Bryansk. Bryansk, BGTU; 2022. p. 99-102. (In Russ.).
  12. Ramalho A. Wear modelling in rail — wheel contact. Wear. 2015;330-331:524-532.
  13. Zhao X., Wang Z., Wen Z., Wang H., Zeng D. The initiation of local rolling contact fatigue on railway wheels: An experimental study. International Journal of Fatigue. 2020;132:105354. https://doi. org/10.1016/j.ijfatigue.2019.105354.
  14. Повышение стойкости вагонных колес в эксплуатации карбо- нитридным упрочнением стали / Л. М. Школьник [и др.] // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 1994. № 6. С. 40-44. Shkolnik L. M., Markov D. P., Proydak Y. S., Prokhorenko I. M., Tsurenko V. N., Miroshnichenko N. G., Bondarenko L. I. Increasing the endurance of railway wheels in operation by carbonitride hardening of steel. Russian Railway Science Journal. 1994;(6):40-44. (In Russ.).
  15. Марков Д. П. Повышение твердости колес подвижного состава // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 1995. № 3. С. 10-17. Markov D. P. Improving the hardness of rolling stock wheels. Russian Railway Science Journal. 1995;(3):10-17. (In Russ.).
  16. Dang Van K., Maitournam M. H. On some recent trends in modeling of contact fatigue and wear in rail. Wear. 2002;253(1-2):219-227. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(02)00104-7.
  17. Sakalo V., Sakalo A., Rodikov A., Tomashevskiy S. Computer modeling of processes of wear and accumulation of rolling contact fatigue damage in railway wheels using combined criterion. Wear. 2019;432-433: 102900. https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.05.015.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».