On Surface Fracture of Rail Heads

Abstract

1 Фізико-механічний інститут імені Г. В. Карпенка НАН України, вул. Наукова, 5, Львів, Україна, 79601, тел./факс +38 (032) 263 73 34, ел. пошта datsyshy@ipm.lviv.ua, ORCID 0000-0003-0364-148X 2* Фізико-механічний інститут імені Г. В. Карпенка НАН України, вул. Наукова, 5, Львів, Україна, 79601, тел./факс +38 (032) 263 73 34, ел. пошта mhp@ipm.lviv.ua, ORCID 0000-0003-0767-4561 3 Фізико-механічний інститут імені Г. В. Карпенка НАН України, вул. Наукова, 5, Львів, Україна, 79601, тел./факс +38 (032) 263 73 34, ел. пошта glazov@ipm.lviv.ua, ORCID 0000-0002-7664-4879 ПРО ПОВЕРХНЕВЕ РУЙНУВАННЯ ГОЛОВОК ЗАЛІЗНИЧНИХ РЕЙОКМета. Утворення тріщиноподібних дефектів у рейках залізничної колії є серйозною проблемою для інженерної практики через небезпеку створення аварійних ситуацій. Метою цієї роботи є 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. Методика. 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 Ґауса-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. Результати. 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. Наукова новизна. Вперше теоретично знайдено величини характеристичного кута, під яким на початковій стадії поширюються зсувні поверхневі контактно-втомні тріщини в головці залізничної рейки від дії коліс. Також записано умови для визначення цього кута. Практична значимість. 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.Ключові слова: залізнична рейка; герцівське навантаження; тертя; зсувна тріщина; коефіцієнти інтенсивності напружень; характеристичний кут ВступПід час експлуатації технічної пари «колесорейка» поверхні кочення залізничних рейок часто пошкоджуються тріщиноподібними дефектами (рис. 1). При цьому, як показує інженерна практика, на початковій стадії свого розвитку пове...