20912

۲۰۹۱۲

ارزيابي عددي و آزمايشگاهي تنش داخلي ريل با روش آلتراسونيك

كارشناسي ارشد

مهندسي خط و سازه هاي ريلي

۱۳۹۴

۱۳۹۷/۱۲/۲۱

دكتر شروان عطايي

دكتر محمدرضا محمد عليها

راه آهن

ريل هاي با جوش پيوسته همواره در معرض تنش هاي كششي و فشاري هستند. اين تنش ها اگر در شرايط بحراني قرار گيرند باعث كمانش يا شكست ريل و در نتيجه خروج از خط قطار و خسارت مي گردند. اين موضوع با افزايش سرعت قطار ها و افزايش نيروي محوري اهميت بيشتري پيدا مي كند. به همين دليل به كارگيري روش هايي براي ارزيابي اين تنش ها با هدف پيشگيري از خسارت، مورد توجه راه آهن ها قرار دارد. به طور كلي روش هاي تنش سنجي به دو دسته مخرب و غير مخرب تقسيم مي شوند. روش التراسونيك با توجه به ماهيت غيرمخرب، قابل حمل بودن، ارزان و سريع بودن اندازه گيري با آن و نيز قابليت اندازه گيري تنش در عمق اهميت بالايي دارد. انواع روش هاي التراسونيك شامل روش شكست دوگانه، تفاوت سرعت دو موج عرضي افقي سطحي، پلاريزاسيون امواج ريلي، تغيير سرعت امواج طولي و تغيير سرعت امواج عرضي مي باشند. در اين پايان نامه با هدف امكان سنجي اندازه گيري تنش به صورت غير مخرب در ريل، تغييرات سرعت موج التراسونيك تحت تنش هاي مختلف به صورت آزمايشگاهي و تئوري بررسي شده است. در مطالعه آزمايشگاهي، اندازه گيري تنش در يك ورق فولادي به ابعاد1/20× 1/120×596 ميليمتر، تحت تنش هاي مختلف كششي تا MPa100 و با پروب 5 مگاهرتز با روش تغيير سرعت امواج طولي انجام گرفته است . با افزايش تنش از 0 تا 100 مگاپاسكال سرعت موج طولي %12/0 كاهش پيدا مي كند. در مطالعه عددي با استفاده از نرم افزار كامسول رابطه بين تغيير سرعت موج التراسونيك با فركانس طبيعي و تنش طولي يك تير فولادي شبيه سازي شده و با تئوري مقايسه گرديده است. همچنين با يك مدلسازي دو بعدي، تغيير سرعت موج التراسونيك در ورق فولادي تحت تنش بررسي شد و مشاهده گرديد كه با اعمال تنش هاي از MPa100- تا MPa100 نمودار سرعت - زمان به اندازه 27 نانوثانيه جابجا مي شود.

1398/04/17

Numerical and laboratory evaluation of internal stress of the rail with ultrasonic method

3/12/2019 12:00:00 AM

Continuous welded rails are always exposed to tensile and compressive stresses. These stresses, if they have been in critical condition, cause buckling or breakage of the rail and consequently derailment and damage. This is becoming more important when the train speed and train axle force increase. For this reason, the use of methods for assessing these stesses with the aim of preventing damage is of interest to the railways. In general, stress measurement methods are divided into two non-destructive and destructive classes. The ultrasonic method is important, due to its non-destructive nature, its portability, its low cost, fast measurements, and the ability to measure stresses at depth. Types of ultrasonic methods include the birefringence of shear waves, the difference in the velocity of two horizontal transverse waves, the polarization, the velocity change of the longitudinal waves, and the velocity change of the transverse waves. In this thesis, the aim of the feasibility study of non-destructive stress measurement on the rails, the velocity change of ultrasonic wave under different stresses has been investigated in both laboratory and theory. In a laboratory study, tensile measurements in a steel plate with dimensions of 596×120×20/1 mm, under different tensile stresses up to 100 MPa and 5 MHz probe were carried out using a longitudinal velocity change method. With a tensile increase of 0 to 100 MPa, the longitudinal wave velocity decreases by 0.12%. In a numerical study, using the Comsol software, the relationship between ultrasonic wave velocity change with natural frequency and longitudinal stress of a steel beam was simulated and compared with theory. Also, with a two-dimensional modeling, the change in ultrasonic wave velocity in a steel sheet under stress has been investigated. In addition, a sensitivity analysis has been carried out for velocity variables of longitudinal wave in the direction of stress (V_11).