23926

بررسي تئوري و آزمايشگاهي خواص خستگي و تعيين نرخ رشد ترك خستگي جوش ريل

كارشناسي ارشد

مهندسي خطوط راه آهن

1396

99/6/18

دكتر شروان عطاِيي

دكتر محمدرضا محمد عليها

مهندسي راه آهن

ريل راه¬آهن مهم‌ترين قسمت خط آهن محسوب مي¬شود و به‌طور مستقيم با چرخ قطار در ارتباط است، لذا كيفيت و كارآيي ريل¬هاي راه¬آهن بسيار حائز اهميت مي¬باشد. نواحي جوش ريل به دليل تنش‌هاي حرارتي متحمل شده در هنگام جوشكاري، ناحيه حساس‌تري را در طول ريل ايجاد مي¬كند. ازاين‌رو كه جوش‌ها بايد طول عمري برابر با طول عمر ريل داشته باشند، آزمايشات مكانيكي، متالورژي، بررسي مكانيك شكستي و پديده خستگي ريل و جوش‌ها، ما را در انتخاب و اطمينان از كيفيت جوش‌هاي اجراشده و انتخاب روش مناسب و قابل‌اطمينان جوش¬كاري و نيز اطمينان از ريل¬هاي خريداري‌شده داخلي و خارجي ياري مي¬نمايد. در اين پايان¬نامه خواص مكانيك شكستي¬ جوش¬هاي ترميت درز ريل موجود در راه¬آهن ايران، با انجام آزمايش تعيين چقرمگي شكست و آزمايش تعيين نرخ رشد ترك خستگي به‌صورت خمش سه‌نقطه‌اي، مورد بررسي قرار گرفت، و نيز مدل‌سازي اين آزمايشات در نرم‌افزار اجزا محدود ABAQUS و FRANC3D انجام شد. سطح شكست ناشي از بارگذاري خستگي تحت بررسي آزمايش فراكتوگرافي SEM قرار گرفت. نتايج به‌دست‌آمده با مقادير مجاز آيين¬نامه¬اي و مقادير به‌دست‌آمده توسط ساير محققين مقايسه شده است. و در نهايت با استفاده از مقدار چقرمگي شكست و رابطه نرخ رشد ترك خستگي بدست آمده براي جوش ترميت، آزمايش خستگي تمام مقياس جوش ترميت درز ريل داراي يك عيب كوچك سطحي متداول در جوش ريل (ترك نيم¬بيضوي در مركز كف پاشنه ريل) مطابق با استانداردهاي EN 14587_2 و EN 14730_1 تا لحظه شكست جوش، شبيه¬سازي شد. مقدار چقرمگي شكست نمونه جوش ترميت درز ريل با توجه به آزمايشات انجام شده براساس استاندارد ASTM E399 ، MPa.m1/2 43 و با توجه به نتايج مدلسازي عددي، مقدار چقرمگي شكست براي جوش ترميت درز ريل، مقدار MPa.m1/244.4به¬دست آمد. و با توجه به آزمايشات تعيين نرخ رشد ترك خستگي نمونه جوش، پارامترهاي c و m رابطه پاريس نرخ رشد ترك خستگي برحسب mm/cycle، به ترتيب برابر با 12-10×4.5271 و 5.9861 بدست آمدند. بررسي فراكتوگرافي سطح شكست آزمايش خستگي نشان از شكست ترد نمونه داشت.

1400/03/31

Theoretical and laboratory study of the properties of fatigue and determining the fatigue crack growth rate of rail weld

1/1/1900 12:00:00 AM

The rails are the most important part of the railroad and are directly connected to the train wheels, so the quality and efficiency of the rails is very important. Welding rails create a more sensitive area along the rails due to the thermal stresses experienced during welding. Therefore, because welds must have a lifespan equal to the life of the rail, mechanical tests, metallurgy, fracture mechanics, and the phenomenon of rail and weld fatigue make us choose and ensure the quality of the welds performed and select the appropriate and reliable welding method and Reliability of domestic and foreign purchased railways helps. In this dissertation, the fracture mechanical properties of rail thermite welds in Iranian railways were investigated by performing a fracture toughness test and a fatigue crack growth rate test in the form of three-point bending test. And the modeling of these tests was performed in the software of limited components ABAQUS and FRANC3D. The failure level due to fatigue loading was examined by SEM fractographic examination. the obtained results are compared with the allowed values of the regulations and the values obtained by other researchers. Finally, using the fracture toughness value and the relationship between the fatigue crack growth rate for thermite welding, the fatigue test of full-scale thermite railweld with a small surface defect common in rail welding (semicircular crack in the center of rail foot) It was simulated with EN 14587-2 and EN 14730-1 standards until the welding failure. The value of fracture toughness of the seam thermite weld specimen according to the ASTM E399 standard, 43 Mpa.m1/2 , and according to the numerical modeling results, the value of fracture toughness for rail seam termite welding, the value of 44.4 MPa.m0.5 obtained. And according to the experiments to determine the growth rate of fatigue cracks in the weld sample, the parameters c and m of the Paris relationship, the rate of fatigue crack growth in mm / cycle, respectively, equal to 4.5271×10-12 and 5.9861 were obtained. Fractographic examination of the failure level of the fatigue test showed brittle failure of the sample.

خستگي جوش ريل , چقرمگي شكست جوش ريل , جوش ترميت ريل

Rail welding fatigue , Rail welding fracture toughness , Thermite rail welding