Россия
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I (Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство», Доцент)
Россия
Россия
УДК 620.169.1 Испытания на срок службы (долговечность) в целом
Цель: обеспечение безопасности движения в железнодорожной отрасли. Проблема трещин, периодически выявляемых при эксплуатации вагонов-платформ, требует новых подходов к теоретической и практической оценке показателей сопротивления усталости и трещиностойкости их конструкции. Особо актуально возникновение трещин в условиях низких температур. Метод: разработан экспериментальный метод определения спектра вертикального нагружения вагонов-платформ для перевозки контейнеров, обоснован спектр продольных нагрузок для вагонов, эксплуатирующихся в районах с низкими температурами. Предложен метод оценки трещиностойкости по экстремумам напряжений, определенных экспериментально. В основе метода — положения механики разрушения, позволяющие учесть влияние отрицательных температур. Результаты: по экстремумам напряжений в конструкции вагонов-платформ увеличенной длины, определенным на основании предложенного метода, установлено, что в качестве схемы испытаний для экспериментальной оценки показателей сопротивления усталости при вертикальных и продольных нагрузках возможно использовать одну обоснованную схему, которая максимально нагружает все зоны вагона. По предложенной методике возможно установить размер допустимого трещиноподобного дефекта исходя из условий начального роста трещины. Коэффициенты интенсивности напряжений, полученные на основании экспериментально определенных экстремумов напряжений, показали, что в конструкции вагонов-платформ увеличенной длины для перевозки контейнеров возможен рост трещин при отрицательных температурах, что не согласуется с методикой оценки усталостной прочности стандарта ГОСТ 33211-2014. Практическая значимость: предложенный метод оценки спектра вертикального нагружения вагонов-платформ увеличенной длины для перевозки контейнеров позволяет из множества разнообразных схем загрузки вагона выбрать одну для проведения испытаний, которая максимально нагружает все его потенциально опасные зоны. Отдельные результаты исследований использованы для разработки типовой методики испытаний на сопротивление усталости вагонов-платформ увеличенной длины.
вагоны-платформы, коэффициент запаса сопротивления усталости, трещино-стойкость, спектр нагружения
1. Когаев В. П., Махутов Н. А., Гусенков А. П Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: справочник. М.: Машиностроение, 1985. 224 с.
2. Bityutsky A. A. Analysis of supporting body structure freight cars fatigue resistance estimation methods development // Research of fatigue resistance bonds and data selection of new freight cars characteristics / ed. by A. A. Bitiutskiy; Railcar-building Engineering Center. Edition 7. St. Petersburg: OMPress, 2009. P. 6–13.
3. Мыльников В. В. Влияние частоты нагружения на усталость конструкционных материалов // Наука и техника. 2019. Т. 18, № 5. С. 427–435.
4. Fatigue resistance changes of structural steels at different load spectra / V. V. Myl’nikov [et al.] // Steel in translation. 2019. Vol. 49, No. 10. P. 678– 682.
5. Беспалько С. В., Козлов М. П. Комплексный подход к оценке параметров поглощающих аппаратов автосцепного оборудования подвижного состава железных дорог // Современные проблемы железнодорожного транспорта: сб. тр. по результатам междунар. интернет-конф. (Москва, Проблематика транспортных систем 7 апреля 2020 года) / под общ. ред. К. А. Сергеева. М.: Российский университет транспорта, 2020. С. 192–195.
6. Махутов Н. А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. 272 с.
7. Матвиенко Ю. Г. Упрощенный вероятностный метод оценки коэффициентов запаса (безопасности) по трещиностойкости // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2021. № 3. С. 22–30.
8. Matvienko Yu. G. The simplified approach for estimating probabilistic safety factors in fracture mechanics // Eng. Fail. Anal. 2020. Vol. 117. Art. 104814.
9. Соколов С. А., Грачев А. А., Васильев И. А. Анализ прочности элемента конструкции с трещиной в условиях отрицательных климатических температур // Вестник машиностроения. 2019. № 11. С. 42–46.
10. Vadholm Т. Investigation of low temperature toughness and crack initiation in welded structural steels. Norwegian University of Science and Technology, 2014.
11. Морозов Е. М., Муйземнек А. Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера: механика разрушения. Изд. 2-е, испр. М.: ЛЕНАНД, 2010. 456 с.
12. Зайнуллин Р. С., Харисов Р. А., Мухаметзянов А. Н. Оценка влияния низких температур на трещиностойкость сталей, применяемых в нефтегазовой отрасли // Нефтяное хозяйство. 2017. № 10. С. 116–119.
13. Ignatiev M. O., Petrov Y. V., Kazarinov N. A. Simulation of dynamic crack initiation based on the peridynamic numerical model and the incubation time criterion // Technical Physics. 2021. No. 66(3). P. 422–425.
14. Ignatev M., Kazarinov N., Petrov Y. Peridynamic modelling of the dynamic crack initiation // Procedia Structural Integrity. 2020. No. 28. P. 1650–1654
15. Smirnov V. I. Fracture assessment diagram for solid with circular crack subjected to concentrated forces // Materials Physics and Mechanics. 2017. No. 31(1–2). P. 71–74.
16. Вагоны-платформы увеличенной длины. Типовая методика испытаний на сопротивление усталости, утв. 05.05.2023 заместителем генерального директора — главным инженером ОАО «РЖД» А. М. Храмцовым.
