قابليت اطمينان عمر خستگي چرخ فولادي سامانه ريلي ايران

چرخ فولادي در سامانه ريلي، تا چند صد ميليون دور غلتش و تماس شديد با ريل را تجربه مي‌كند. در اثر اين تماس‌ها، چرخ دچار آسيب‌هايي مي‌شود كه مهمترين آن‌ها سايش و خستگي تماس غلتشي است. در اين نوع خستگي، علاوه بر ترك‌هاي سطحي (كه متأثر از سايش‌اند)، به دليل بيشينه بودن تنش برشي در زير سطح تماس چرخ، ترك‌هاي زيرسطحي نيز ايجاد مي‌شوند. با توجه به تنوع واگن‌هاي مسافري مورد استفاده در سامانه ريلي ايران و محدوديت‌هاي نگهداري و تعميرات آن‌ها، يك چرخ و محور ممكن است در طول عمر خود روي چند نوع واگن با وزن متفاوت مورد استفاده قرار بگيرد. به عبارت ديگر، بار محوري تحمل شده توسط چرخ و محور در طول عمر كاري خود مي‌تواند متغير باشد. در پژوهش حاضر، ابتدا غلتش و تماس چرخ مونوبلوك R7T مورد استفاده در سامانه ريلي ايران با ريل به صورت حركت بار غلتشي خالص هرتز روي سطح فضاي نيمه بي‌نهايت سه‌بعدي معادل‌سازي شده است. قطر چرخ 920 ميليمتر و پروفيل سطح آن از نوع s1002 انتخاب شده كه در مسير مستقيم روي ريل UIC60 در حركت است. در ادامه، ميدان تنش سه‌بعدي زيرسطحي حين عبور بار غلتشي خالص به صورت تحليلي مورد محاسبه و استخراج قرار گرفته است. با استفاده از ميدان تنش محاسبه شده، عمر خستگي چرخ فولادي به ازاي بارهاي محوري مختلف محاسبه شده است. در تعيين عمر خستگي از تركيب مدل خستگي چندمحوره تنش برشي اوكتاهدرال با رابطه عمر باسكوين استفاده شده است. نهايتاً با استفاده از توزيع احتمال تجمعي وايبول، درصد واماندگي چرخ به ازاي عمرهاي مختلف و نيز قابليت اطمينان عمر خستگي مورد ارزيابي قرار گرفته است. براي بازه بار محوري سامانه ريلي مسافري ايران، عمر خستگي چرخ با قابليت اطمينان 90 و 95 درصد به ترتيب 220 و 162 هزار كيلومتر تعيين گرديد.