تحلیل مکانیک شکست ترک ستاره ای درز ریل و معرفی پارامترهای موثر بر نرخ رشد ترک

امروزه اغلب خطوط به صورت جوشکاری شده پیوسته اجرا شده و درز ریل پیچی کمتر استفاده می شود. اما این نوع اتصال ریل ها به دلیل کاربرد در سیستم علائم الکتریکی و مدار راه، همچنان مورد استفاده قرار می گیرد. رشد ترک ستاره ای (ترک سوراخ پیچ ریل)، یکی از دلایل اصلی شکست ریل در ناحیه درز بوده و از نقطه نظر ایمنی نیز حائز اهمیت می باشد؛ زیرا اگر در حین عبور قطار این شکستگی رخ دهد، منجر به خروج از خط خواهد شد. مشاهدات میدانی نشان می دهد که این ترک ها اغلب در جداره اولین سوراخ جوانه زده و با زاویه حدود ۴۵ درجه، به سمت تاج و پاشنه ریل رشد می کنند. در این پژوهش، ابتدا با استفاده از روش اجزا محدود، مدلی برای درز ریل ارائه و به صورت شبه استاتیکی تحلیل شده است. پس از آن، ضمن بررسی روند تغییرات ضرایب شدت تنش برای حالت های مختلف، محدوده ای که در آن حداکثر مقدار ضریب شدت تنش معادل ایجاد می شود، تعیین شده است. سپس تاثیر تغییرات سه پارامتر بار محوری، سرعت قطار و سختی تکیه گاه ریل بر مقدار ضریب شدت تنش معادل و نسبت KI به KII بررسی شده است. در پایان، مساله رشد ترک خستگی بر اساس رابطه پاریس، برای ۵ حالت مختلف تحلیل شده است. به کمک معیار حداکثر تنش مماسی، امتداد رشد ترک در هر مرحله به دست آمده و نهایتا طول بحرانی ترک و تعداد کل سیکل های بارگذاری تا لحظه شکست محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد که ضریب شدت تنش معادل به نیروی چرخ حساسیت بیشتری دارد. همچنین نرخ رشد ترک با افزایش نیروی چرخ و یا کاهش سختی تکیه گاه ریل، به طور تصاعدی افزایش می یابد. از نتایج کاربردی این مقاله می توان به بهینه سازی امور نگهداری خط و تصمیم گیری در مواردی همچون تعویض ریل ترک خورده یا عدم آن و زمان بندی مناسب جهت بازرسی های درز ریل اشاره کرد.

Keywords:

درز ریل پیچی , ترک سوراخ پیچ ریل , مکانیک شکست الاستیک خطی , معیار حداکثر تنش مماسی , رشد ترک خستگی