تحلیل ترک خستگی در سوراخ پیچ ریل در محل درز و تخمین عمر رشد آن

هرچند که امروزه نسبت به قبل، به کارگیری درز ریل پیچی به مراتب کاهش یافته و اغلب از خطوط جوشکاری شده پیوسته استفاده میشود، اما بنا به دلایلی نظیر لزوم استفاده از درز ریل عایق در سیستم مدار راه، همچنان استفاده از درز ریل پیچی جهت اتصال قطعات ریل لازم میباشد.شکستگی ریل ناشی از گسترش ترک سوراخ پیچ (ترک ستاره ای)، یکی از خرابیهای غالب و رایج درز ریل پیچی بوده و از نقطه نظر ایمنی نیز حایز اهمیت میباشد؛ چرا که اگر در حین عبور قطار این شکستگی رخ دهد، منجر به خروج از خط خواهد شد. نتایج پژوهشها و مشاهدات میدانی نشان میدهد که این ترکهاعمدتا در اطراف اولین سوراخ جوانه زده و با زاویه حدود 45 درجه نسبت به راستای افق، به سمت تاج و پاشنه ریل رشد میکنند. در این پژوهش، ابتدا با استفاده از روش اجزای محدود، مدلی برای درز ریل ارایه و به صورت شبه استاتیکی تحلیل گردیده است.پس از آن، ضمن بررسی ضرایب شدت تنش در یک سیکل بارگذاری چرخ برای ترکهای مختلف، محلی که در آن حداکثر مقدار ضریب شدت تنش معادل ایجاد میشود، تعیین شده است. سپس تاثیر تغییرات سه پارامتر بار محوری، سرعت قطار و سختی تکیه گاه ریل بر ضرایب شدت تنش نیز بررسی شده است. در پایان، مساله رشد ترک خستگی به صورت گام به گام و بر اساس رابطه پاریس تحلیل شده است. به کمک معیار حداکثر تنش مماسی، امتداد رشد ترک در هر مرحله به دست آمده نهایتاو طول بحرانی ترک و تعداد کل سیکل های بارگذاری تا لحظه شکست به دست آمده است. نتایج نشان میدهد که از زمان جوانه زنی ترک خستگی تا لحظه شکست ریل، حدود 1250000 سیکل بارگذاری که معادل 25 میلیون تن بار ناخالص عبوری از روی درز میباشد، طی میشود. از نتایج کاربردی این مقاله میتوان به بهینه سازی امور نگهداری خط و تصمیم گیری در مواردی همچون تعویض ریل ترکخورده یا عدم آن و زمان بندی مناسب جهت بازرسیهای درز ریل اشاره کرد.

Keywords:

درز ریل پیچی , ترک جان ریل , رشد ترک خستگی , مکانیک شکست الاستیک خطی