В рельсах массой 60 кг/м максимальные напряжения во всех местах замеров наблюдались в точках, расположенных на горизонтальной оси, и достигали 116 Н/мм2 (у первого отверстия). Это меньше, чем в рельсах массой 50 кг/м, так как характер контактного взаимодействия между рельсом и стыковым болтом здесь несколько иной. Влияние других переменных параметров режимов испытаний на рельсы массой 60 кг/м также сказывалось слабее, чем на рельсы массой 50 кг/м. Однако амплитуда колебаний максимальных напряжений в более тяжелых рельсах достигала 34 Н/мм2 (в точках, расположенных под углом 45° к горизонтали), что примерно соответствовало амплитуде колебаний напряжений в более легких рельсах.
Эксплуатационные испытания проводились на участках в прямой и кривой радиусом 400 м линии узкой колеи с верхним строением пути на балласте. Для испытаний рельсов стыкового пути были подобраны условия, примерно аналогичные режимам лабораторных испытаний при статическом нагружении, но добавлен режим ступенчатых стыков. Момент затяжки стыковых болтов был равен 250 Н×м. Испытания проводились при пропуске скоростных, местных пассажирских и грузовых поездов. Возникавшие при этом напряжения вокруг отверстий под стыковые болты также измерялись по окружности с шагом 45° на расстоянии 5 мм от их края. Нагрузки от колес и поперечные усилия в пути при проходе поездов измерялись в месте, отстоящем на 12,5 м от стыка.
Исследовались амплитуды колебаний измеренных напряжений между их максимальным и минимальным значениями. Для каждого режима испытаний установлена путем множественно-регрессионного анализа зависимость между этими амплитудами и такими параметрами, как скорость поезда, нагрузка от колес и поперечные усилия. Усредненные параметры для каждого из режимов испытаний были подставлены в уравнение множественной регрессии и выполнен расчет амплитуд колебаний напряжений. Результаты расчета показали, что амплитуды колебаний напряжений вокруг ближайших к стыку отверстий под стыковые болты в эксплуатационных условиях больше, чем в случае статического нагружения, так как при движении поезда под воздействием колес на стык возникает ударная нагрузка. Максимальное значение этой амплитуды имело место у отверстия под первый стыковой болт и достигало 89 Н/мм2 в наружном рельсе кривой при изношенных стыковых накладках.
Исследование поведения рельсов стыкового пути осложняется наличием их контакта со стыковыми накладками. Были измерены напряжения в точках, отстоящих на 5 мм от края отверстий под стыковые болты. Однако оказалось необходимым оценить напряжения и непосредственно у края отверстий. Эти напряжения рассчитывали путем моделирования по методу конечных элементов и полученные расчетные значения напряжений сравнивали с измеренными при испытаниях в условиях статического нагружения. Сначала использовали математическую модель места стыка, затем, более детальную, участка вблизи отверстия под стыковой болт. Промежуточные элементы использовались для идеализации контакта между рельсом и стыковой накладкой. Подкладки и крепежные устройства рельсовых скреплений моделировались как тела с нелинейной упругостью. Поскольку амплитуда осевых усилий, воздействующих на стыковые болты, при испытаниях на статическое нагружение была небольшой, усилия в этом направлении прикладывались непосредственно к стыковым накладкам. Модель была представлена в виде сетки с мелким шагом, что было необходимо для более точного воспроизведения концентрации напряжений вокруг отверстий под стыковые болты. Граничные условия определялись по деформациям, рассчитанным в ходе предыдущего анализа. При расчете использовался пакет программ NASTRAN FEM.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.