ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ РЕЛЬСОВОГО ПОЛОТНА
Сызранцев В.Н., Марфицын А.В., Троценко Д.А.,Сызранцева К.В.
(КГУ, г.Курган, РФ)
The paper considers the problem of measurement and diagnostics of the stress-strain condition of railways and it’s elements with the help of Integral Strain Gauges (ISG). The experiment for obtaining calibration function is described.
На основе разработанной в Курганском государственном университете методики экспериментального исследования с помощью датчиков деформации интегрального типа (ДДИТ) [1] напряжений и деформаций, возникающих на поверхностях деталей машин при циклическом нагружении, был проведён ряд экспериментов с рельсовым полотном и элементами его конструкции. Наибольший интерес представляет задача диагностики усталости и прогнозирования ресурса рельсового полотна, используемого на поворотах железнодорожных магистралей, где полотно закрепляется под углом 3.5°, что вызывает его повышенный износ и частую замену.
С помощью методики, описанной в работах [2, 3], используя специальное программное обеспечение, реализующее метод конечных элементов, была смоделирована картина распределений напряжений в рельсовом полотне (рисунок 1). Задачей эксперимента было установление соответствия между теоретическим и экспериментальным распределением напряжений.
Испытание рельсового полотна на сжатие проводилось на машине МУП-50, позволяющей осуществлять циклическое деформирование деталей нагрузкой 0.8 – 15 тонн с частотой до 660(1/мин). Для проведения экспериментов использовалась часть рельсового полотна (далее образец) длиной 55 мм, на торцевые и боковые поверхности которого наклеивались датчики. Подготовленный к эксперименту образец закреплялся в типовом железнодорожном крепежном элементе, который устанавливался на станине испытательной машины МУП-50.
Эксперимент проводился при циклическом изменении нагрузки от 0.8 до 8 тонн с частотой нагружения 660(1/мин). Через 10, 20, 30, 50, 80, 130 и 200 тысяч циклов испытания прерывались и с помощью микроскопа с 28-кратным увеличением фиксировалась на поверхности датчика граница первых «темных пятен», - реакция ДДИТ на амплитуду циклических деформаций. Благодаря наклеенным параллельно датчикам линейкам, координаты границы реакции ДДИТ переносились на чертеж торцового сечения рельса. Картина распределения напряжений, полученная с помощью ДДИТ после 200000 циклов нагружения образца, показана на рисунке 2. В результате сопоставления экспериментальных данных с рассчитанными методом конечных элементов (рисунок 1) установлено, что картина распределения напряжений на полке рельсового полотна повторяет полученную на теоретической модели.
Проведённый эксперимент является основой построения тарировочной зависимости для ДДИТ, связывающей число циклов нагружения и амплитуду циклических напряжений (деформаций) при условии возникновения на датчике реакции в виде первых «темных пятен». Данная зависимость необходима для решения задач восстановления по показаниям ДДИТ условий реальной работы рельсового полотна и диагностики его усталостной прочности.
Используемый в экспериментах способ регистрации информации с ДДИТ с помощью микроскопа пригоден лишь для лабораторных исследований. С целью применения ДДИТ на рельсовом полотне в условиях эксплуатации, ведутся работы по созданию специальных измерительных устройств, основанных на использовании оптоэлектронных световодных преобразователей, позволяющих оценивать реакцию ДДИТ по изменению отраженного от поверхности датчика потока ИК излучения.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта по фундаментальным исследованиям в области технических наук Министерства образования Российской Федерации № Т00-5.8-471.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сызранцев В.Н. Методы экспериментальной оценки концентрации циклических деформаций и напряжений на поверхностях деталей машин: Учебное пособие. – Курган: КМИ, 1993. – 83 с.
2. Сызранцева К.В. Методическое и программное обеспечение измерения напряжений в деталях машин датчиками деформаций интегрального типа. Дисс. … канд. техн. наук, Курган, 1998.
3. Сызранцев В.Н., Сызранцева К.В. Расчёт напряжённо-деформированного состояния деталей методами конечных и граничных элементов: Монография.- Курган: Изд-во Курганского гос.ун-та, 2000. – 111с.
