Представлены результаты экспериментальных измерений остаточных напряжений в элементах рельса, измеренных электромагнитно-акустическим структуроскопом СЭМА с использованием метода акустоупругости. Оценка внутренних напряжений произведена также в отдельных элементах рельса. Настройка чувствительности структуроскопа СЭМА и определение коэффициента акустоупругой связи выполнены в лабораторных условиях путем создания в отрезке рельса напряженного состояния одноосного сжатия в направлении продольной оси на испытательной машине Instron 300DX. Отмечена высокая чувствительность и достоверность измерений с погрешностью определения механических напряжений до 2 МПа и соответствие зарегистрированных структуроскопом механических напряжений нагрузке рельса, реализуемой на стенде. Остаточные напряжения, определяемые акустоупругим методом по измеряемой разнице времени пробега двух ортогонально поляризованных сдвиговых волн на участке от головки до подошвы и обратно, являются усредненными по сечению рельса и несут информацию о величине продольных напряжений в рельсе. Диапазон разброса измеренных в лаборатории остаточных напряжений в отрезках рельсов составил 49…67 МПа. С ростом сжимающей нагрузки происходит уменьшение скорости головной волны на всех измеряемых участках рельса. Для относительной оценки остаточных напряжений в отдельных элементах рельса выполнены измерения скорости распространения акустических волн по головке, шейке и подошве, показавшие, что остаточные напряжения в продольном направлении рельса, как правило, носят сжимающий характер для головки и растягивающий - для шейки.

No abstract

The most common reason of the fatigue crack appearance is the presence of stresses in the rail. The process of stress strain state simulation for the R65 rail is presented in the paper. Values of residual stresses were modeled and chosen to be maximum allowed by GOST (State Standard): -77 MPa in the rail head, -125 MPa in the web and 106 MPa in rail foot. These stresses match the value-77 MPa measured by the acoustoelastic method from the center of the rolling surface of the rail. The influence of the crack at the highest level of the stress strain state was studied in cases of the maximum train load and its absence. According to results of modeling, stresses in the sharp edge of the crack can exceed the lowest acceptable by GOST (State Standard) value of the yield strength by more than 5 times in case of the presence of the train load. In case of the absence of the train load, the crack does not have a significant influence on the stress strain state. The modelling process was also used to study the influence of the installation temperature difference on the operational lifetime of the rail. The paper presents the description of the influence between the installation temperature difference and the crack initiation. According to modeling results and the rail defect catalogue, rails with the lowest acceptable mechanical characteristics are prohibited to be used after 300∙109 kg and higher tonnage.

Рассмотрена возможность контроля пера подошвы железнодорожного рельса Р65 для обнаружения дефектов типа 69.2. Целью данного исследования является обоснование возможности использования многократного зеркально-теневого метода для контроля пера подошвы рельса и выбора его параметров. Для этого был рассчитан акустический тракт распространения поперечных волн в рельсе с дефектами подошвы и без дефектов при различных углах ввода. Рассчитанный акустический тракт показал, что оптимальным углом ввода при установке преобразователя на шейку рельса является угол 58º, так как при данном угле ввода поперечная волна распространяется до самого края пера подошвы рельса, при этом наблюдается минимальное количество неинформативных переотражений от геометрического профиля рельса. В акустическом тракте прохождения ультразвуковой волны при наличии дефекта с диаметром 3,5 мм и глубиной 7 мм наблюдается наибольшее количество переотражений ультразвуковой волны. При увеличении размеров дефекта характер переотражений меняется – волна больше расходится, время прихода отраженного сигнала увеличивается по сравнению с лучом в бездефектном участке рельса.Для подтверждения возможности выявления дефектов в подошве рельса типа Р65 было проведено экспериментальное исследование многократным зеркально-теневым методом с использованием поперечных волн. В качестве измерительных средств использовался ультразвуковой дефектоскоп УД2-70 «Луч», для возбуждения и приема ультразвуковых волн использовался пьезоэлектрический преобразователь с переменным углом ввода. Результатами эксперимента подтверждено, что оптимальным углом ввода для обнаружения дефектов в подошве рельса является угол 58º. При выбранных параметрах наблюдается минимум неинформативных переотражений, и амплитуда многократно отраженного сигнала на бездефектном участке выше. Наличие дефекта приводит к снижению амплитуды сигнала более чем в 2 раза.

No abstract