تعيين طول آستانه و بحراني ترك زيرسطحي براي چرخ سامانه ريلي ايران

Determination of Threshold and Critical Dubsurface Crack Length in the Wheel of Iranian Railway Systems

در دهه اخير، كاهش ميزان سايش، افزايش بار محوري چرخ ها و سرعت سير قطارها، آسيب اصلي چرخ هاي فولادي را از سايش به خستگي تماس غلتشي ) RCF ( تغ يير داده است. RCF باعث ايجاد تر كهاي سطحي و زيرسطحي مي شود. تر كهاي سطحي در تقابل با سايش عمدتاً از بين ميروند اما تركهاي زيرسطحي رشد كرده و منتج به شكستهاي عميق تر و سانحه خيزتر مي شوند. داشتن معياري از طول ترك آستانه و بحراني براي تع يين امكان رشد ترك هاي تشخيص داده شده در چرخ ها و نيز شرايط بحراني تر كهاي زيرسطحي، امري حياتي در فرايند نگهداري و تعميرات سامان ههاي حم لو نقل ريلي به شمار مي آيد. در اين مقاله، ابتدا با تحليل اجزا محدود تماس چرخ منوبلوك گريد R7T و ريل UIC60 سامانه ريلي ايران در نرم افزار آباكوس به استخراج دامنه ضريب شدت تنش ترك زيرسطحي اقدام شده است. سپس با استفاده از روابط مكان كي شكست، روابط تقريبي ارايه شده در مقالات و خواص مكان كيي فولاد ،R7T طول ترك آستانه و بحراني در چرخ فولادي سامانه ريلي ايران تعيين شده است. نتايج نشان ميدهد كه ترك زيرسطحي با طول تقريبي 3 ميلي متر در چرخ، قابليت رشد تدريجي را دارا بوده و قبل از رسيدن به طول بحراني و وقوع شكست بحراني، به دليل محدوديت هاي هندسي منجربه به شكست چرخ خواهد شد.

In the last two decades, decreasing wear rate beside of increasing axel loads and trains velocities have changed the main failure of steel wheels from wear to rolling contact fatigue (RCF). RCF causes surface and subsurface cracks. The former usually disappeared contrasting with wear while the latter propagates and brings about deeper and more dangerous fractures. In any maintenance process of railway systems, having criteria of threshold and critical crack length is a vital tool to determine possibility of propagation and critical condition of identified cracks in wheels. In this paper, stress intensity factor range of a subsurface crack has been calculated by FEM analysis of monobloc R7T wheel in contact with UIC60 rail. Then, threshold and critical length of subsurface crack in the wheel of Iranian railway system have been determined based on fracture mechanics and some approximate relations about mechanical properties. Findings show that a subsurface crack longer than about 3 mm can gradually propagates and before reaching the critical length can make the wheel fracture because of geometrical limitation of the wheel.