11004

11004

بررسي پديده خستگي در چرخ هاي تركدار تحت تاثير مجموع بارهاي مكانيكي و بارهاي حرارتي ناشي از ترمزگيري

كارشناسي ارشد

راه آهن - ماشين هاي ريلي

شهريور ماه 1391

شهريور ماه 1391

دكتر حسيني تهراني

چكيده در اين پروژه به بررسي پديده خستگي در چرخ هاي تركدار راه آهن پرداخته مي شود. پديده خستگي در چرخ ها مي تواند به صورت هاي مختلفي مانند ايجاد ترك هاي سطحي و زيرسطحي، پوسته پوسته شدن سطح چرخ، سايش و ... نمايان شود كه منجر به وارد آمدن صدماتي به ريل، sleeper، سيستم تعليق قطار و حتي گاهي وقوع derailmentمي گردد. امروزه مسئله خستگي چرخ ها با توجه به افزايش سرعت ناوگان ريلي و نيز افزايش نيرو و بارهاي وارده به آن از اهميت و حساسيت زيادي برخوردار بوده و لازم است با دقت و توجه بيشتري مورد بررسي قرار گيرد كه به خصوص براي چرخ هاي تركدار، اهميت و لزوم آن به مراتب افزايشمي يابد. ايجاد و رشد ترك هاي خستگي در چرخ ها از عوامل مختلفي مانند بارهاي تماس غلتشي بين چرخ و ريل، بارهاي حرارتي ايجاد شده در اثر ترمزگيري، وجود نقص در ساختار ماده سازنده چرخ ها و ... نشات مي گيرد. به طور كلي مي توان هدف اين پروژه را بررسي تاثير بارهاي حرارتي ناشي از ترمزگيري بر ايجاد و رشد ترك هاي خستگي در چرخ هاي راه آهن بيان نمود كه در واقع اين بارهاي حرارتي بعد از بارها و تنش هاي مكانيكي، دومين عامل بروز خستگي و ايجاد و رشد ترك در چرخ ها مي باشند اين در حالي است كه در بسياري از كارهاي مشابه صورت گرفته بر روي خستگي چرخ هاي راه آهن، از تاثير اين بارهاي حرارتي چشم پوشي شده و يا تحليل ها با اعمال فرضيات ساده سازي كه دقت نتايج را تا حد زيادي كاهش مي دهند صورت گرفته است. در اين جا سعي بر آن است به بررسي تاثير مجموع تنش هاي حرارتي و مكانيكي وارده به چرخ با مدل سازي شرايطي نزديك به شرايط واقعي عملكرد آن ها پرداخته شود. بدين منظور از روش المان محدود و نرم افزار ABAQUSبراي بررسي پاسخ تنش و كرنش چرخ تحت اثر مجموع بارهاي حرارتي و مكانيكي، استفاده مي شود. بررسي ها براي دو حالت (چرخ هاي تركدار و چرخ هاي بدون ترك) انجام گرفته و تخمين تعداد سيكل هاي لازم براي جوانه زني ترك (چرخ هاي بدون ترك) و تعداد سيكل هاي لازم براي وقوع شكست (چرخ هاي تركدار) با استناد به نتايج تنش- كرنش به دست آمده از روش عددي مورد استفاده در اين پروژه و حل معادلات مربوطه با استفاده از نرم افزار MATLABصورت گرفته است. نتايج به دست آمده از اين تحليل ها حاكي از تاثير بسيار مهم و غير قابل چشم پوشي تنش ها و بارهاي حرارتي ايجاد شده در اثر اعمال ترمز، بر روي دامنه تنش و كرنش و در نتيجه عمر خستگي چرخ هاي راه آهن در دو حالت تركدار و بدون ترك مي باشد و به دليل تاثير زياد اين تنش هاي حرارتي، صرف نظر نمودن از آن ها در تحليل عمر خستگي چرخ ها غيرمنطقي بوده و منجر به كاهش قابل ملاحظه امنيت ناوگان ريلي مي گردد. از ويژگي هاي اين پروژه نسبت به موارد مشابه موجود مي توان به مدلسازي دوران و غلتش چرخ بر روي ريل، استفاده از مدلسازي سه بعدي چرخ و ريل براي تعيين فشار و هندسه تماس به جاي به كارگيري تئوري هرتز، مدلسازي سه بعدي بلوك هاي ترمز به منظور تعيين اثرات فشار ترمزي و تنش هاي مكانيكي توليد شده توسط آن ها بر روي چرخ و استفاده از پارامترهاي حرارتي اجزاي مدل (چرخ، ريل و كفشك هاي ترمز) به منظور تعيين تنش هاي حرارتي توليد شده در حين ترمزگيري به جاي تعريف يك باند ثابت حرارتي بر روي محيط چرخ اشار نمود. واژه‌هاي كليدي:خستگي، چرخ هاي راه آهن، بارهاي حرارتي