11147

11147

تحليل قابليت اطمينان خستگي چند محوري درز ريل از نوع Fishplate

كارشناسي ارشد

راه‌آهن - مهندسي ماشين‌هاي ريلي

اسفند ماه 1390

اسفند ماه 1390

دكتر مجيد شهروي

دكتر سعيد محمدزاده

چكيده امروزه با افزايش بار محوري و سرعت در سيستم حمل و نقل ريلي، سبب شده است كه رژيم آسيب‌هاي ريل از سايش به خستگي تغيير يابد. اگرچه در سال‌هاي اخير شكست مكانيكي ريل كنترل شده و كسر كوچكي را به خود اختصاص داده است، اما به علت ناگهاني بودن اين شكست‌ها، هزينه‌هاي جاني و مالي فوق‌العاده زيادي را به راه‌آهن‌‌هاي سراسر دنيا تحميل مي‌كنند. بنابراين بررسي خستگي ريل نسبت به سايش آن از اهميت بالاتري برخوردار است. يكي از مهمترين و حساس‌ترين نقاط خط راه‌آهن، محل اتصال دو سر ريل است. هر چند امروزه از روش ميله اتصال در محل درز ريل كمتر استفاده مي‌شود، اما با توجه وظايف جديدي كه اين نوع اتصالات در سيستم سيگنالينگ و عبور و مرور قطارها پيدا كرده‌اند، از جايگاه ويژه‌اي بر خوردار شده‌اند. در اين پژوهش سعي شده است كه با استفاده از روش اجزاي محدود، روش سطح پاسخ، تئوري آمار و احتمال و تئوري قابليت اطمينان، مدلي جامع براي برآورد احتمالاتي عمر خستگي در نواحي تاج ريل و سوراخ پيچ درز ريل براي اولين بار ارائه شود. در اين تحليل پارامترهاي بار محوري، سرعت، تعداد واگن و قطار و خصوصيات مكانيكي ريل به صورت تصادفي در نظر گرفته شده است. در اين تحقيق مدل‌هاي تماس چرخ و ريل به صورت شبه‌استاتيكي تحليل مي‌شوند و براي اعتبار‌سنجي نتايج اجزاي محدود از تئوري هرتز استفاده شده است. براي انجام آناليز قابليت اطمينان بايد تعداد نمونه‌هاي تصادفي به اندازه كافي بزرگ باشد تا از همگرا شدن نتايج مطمئن شد. از طرفي انجام شبيه‌سازي سه بعدي تماس چرخ و ريل بسيار زمان‌بر است. براي رفع اين مشكل از روش سطح پاسخ استفاده شده است. در روش سطح پاسخ، نقاط نمونه را در فضاي متغيرهاي ورودي تصادفي طوري قرار مي‌دهد كه بين اين متغيرهاي ورودي تصادفي و متغيرهاي خروجي مناسب‌ترين تابع درجه دوم تقريبي يافت شود. حال به جاي انجام آناليز اجزاي محدود، از اين روابط استفاده مي‌شود. براي انجام آناليز قابليت اطمينان از روش مونت‌كارلو، استفاده شده است. بنابراين متغيرهاي تصادفي توليد شده را در مدل ژيانگ- سهيتوگلو قرار داده و عمر جوانه‌زني ترك خستگي به ازاي عبور هر چرخ محاسبه مي‌شود. در گام بعدي با استفاده از قانون آسيب تجمعي ماينر، شاخص آسيب به ازاي عبور هر قطار محاسبه مي‌شود. در پايان شاخص قابليت اطمينان بر اساس تابع حالت حدي كه به صورت تابعي از مقدار بحراني آسيب تجمعي، پارامتر آسيب به ازاي عبور يك قطار و تعداد قطار عبوري در طي دوره بهره‌برداري تعريف شده است، محاسبه مي‌شود. همان طور كه انتظار مي‌رفت شاخص قابليت اطمينان در ناحيه درز ريل به علت نوع رژيم خستگي كم چرخه، به سرعت كاهش مي‌يابد. اما در مورد سوراخ پيچ به علت پايين بودن تراز تنش در اين ناحيه، شاخص قابليت اطمينان با روندي بسيار كندي كاهش مي‌يابد. واژه‌هاي كليدي: خستگي تماس غلتشي، روش سطح پاسخ، شبيه‌سازي مونت‌كارلو، قابليت اطمينان