С рельсами массой 60 кг/м эксплуатационные испытания не проводились, так что данные по их поведению под реальной нагрузкой отсутствовали. Это вынудило обратиться к результатам эксплуатационных испытаний рельсов массой 50 кг/м. Напряжения в рельсах массой 60 кг/м определяли путем умножения данных, полученных в ходе испытаний таких рельсов при статическом нагружении, на коэффициент, равный соотношению данных, полученных при статических и эксплуатационных испытаниях рельсов массой 50 кг/м.
Для определения срока службы рельсов стыкового пути необходимо выявить зависимость между амплитудами возникающих напряжений и числом циклов нагружения до момента разрушения рельсов. С этой целью были проведены испытания рельсов на усталостное разрушение, которые осуществлялись путем изгиба установленного на двух опорах с пролетом 800 мм отрезка состыкованного рельса с высверленными в нем двумя отверстиями диаметром 24 мм, расположенными на расстоянии 400 мм друг от друга симметрично стыку. Изгибающая вертикальная нагрузка передавалась через два ролика диаметром 80 мм, находившиеся на расстоянии 150 мм друг от друга симметрично стыку. При этом измеряли напряжения на краю отверстий.
Исследование разрушившегося в ходе испытаний рельса показали, что причиной разрушения была трещина, которая зародилась у края одного из отверстий и далее распространялась под углом 45° к горизонтали. Картина разрушения оказалась схожей с типичными картинами разрушений рельсов стыкового пути, имевших место в эксплуатации. Этим подтвердилось, что испытания достаточно достоверно воспроизводили процесс усталостного разрушения рельсов.
Зависимость «напряжения — число циклов нагружения», выражающаяся соотношением S/N, была определена следующим образом. Усредненное значение усталостной прочности рассчитывалось для каждой серии циклов нагружения с использованием анализа Probit и применением весовых коэффициентов, пригодных для обработки небольших выборок данных, полученных опытным путем. Соотношение S/N для 50 %-ной вероятности разрушения рельса получено по методу наименьших квадратов. Было выдвинуто предположение, что усталостная прочность в каждой серии циклов нагружения имеет нормальное распределение и кривая S/N проходит через точку, соответствующую минимальному значению усталостной прочности. Данные по фреттинг-усталости и трещинам, зарождающимся вне зон отверстий, рассматривали как не имеющие отношения к разрушению исследуемого вида, и при анализе использовали только результаты измерения напряжений в десяти случаях реального разрушения рельсов.
Анализ рассчитанной кривой S/N показал, что 50 %-ная вероятность разрушения рельса, металл которого имеет предельную усталостную прочность, равную 474,6 Н/мм2, при амплитуде пульсирующих напряжений в нем, равной 700 Н/мм2, наступает после 105 циклов нагружения. Для того чтобы 50 %-ная вероятность разрушения рельса достигалась не ранее 106 циклов нагружения, амплитуда напряжений должна быть не более 560 Н/мм2, а не ранее 107 циклов — не более 475 Н/мм2.
Срок службы рельсов стыкового пути по факторам усталости оценивался для разных состояний пути, типов подвижного состава и характера движения на линии путем применения к полученной кривой S/N поправочных коэффициентов, рассчитанных для каждого варианта эксплуатационной ситуации. При этом использовалось правило Майнера (Miner), модифицированное так, что угол наклона этой кривой в зоне амплитуд напряжений, не превышающих предел усталостной прочности, был в 2 раза меньше угла наклона кривой в зоне, где напряжения превосходят этот предел. В расчетах приняты во внимание значения среднеквадратических отклонений амплитуд колебаний напряжений, полученных в ходе эксплуатационных испытаний.
Ниже приведены примеры расчетных значений срока службы рельсов стыкового пути в прямых, выраженного в пропуске поездной нагрузки (в млн. т брутто) до наступления 1 %-ной вероятности разрушения для разных сценариев.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.