В соответствии с Рекомендациями НП «Рельсовой комиссии» №139 от 27-28 сентября 2023 г. и Протоколом «Разработка методики определения контактно-усталостной долговечности рельсов различных категорий по результатам лабораторных испытаний между АО «ЕВРАЗ ЗСМК» и АО «ВНИКТИ» проведены исследования методом конечно-элементного моделирования взаимодействия испытательных роликов из рельсовой стали с определением напряженного состояния в зоне контакта.
Разработана конечно-элементная модель роликов из рельсовой стали, определены расчетные контактные давления, касательные напряжения, эквивалентные напряжения при различных нагрузках.
Полученные данные и результаты стендовых испытаний образцов из рельсовой стали на контактно-усталостную долговечность будут использованы для построения кривой Вёлера, определяющей число циклов до начала образования контактно-усталостных выкрашиваний материала
Уравнение кривой Вёлера имеет вид:
𝑁=𝐶𝜎𝑒𝑞−𝑚,
где 𝜎𝑒𝑞 – выбранный критерий контактной усталости, характеризующий напряжённое состояние в области контакта;
𝑁 – число циклов переменных напряжений до появления выщербин усталостного характера;
𝐶, 𝑚 – константы материала, определяемые экспериментально.
Уравнение позволяет вычислить количество циклов до разрушения материала при заданном значении критерия 𝜎𝑒𝑞.
Вид кривой представлен на рисунке 1.
Моделирование выполнялось для различных уровней нагрузок.
На рисунке 3 приведены примеры касательных напряжений, напряжений по Мизесу, контактных давлений, полученные в процессе моделирования.
Рисунок 3 – Расчетные напряжения и контактные давления, возникающие при нагрузке и вращении контрролика и ролика с проскальзыванием.
Рисунок 4– Стенд для испытаний сталей на контактную усталость
(№1 – ролик из исследуемого образца стали, №2 – контрролик; нагрузка подается пневмонагружением на каретку, где крепится образец под номером №2, максимальное нагружение 5кН, скорость вращения роликов до 3000 оборотов в минуту)
