بررسی رشد ترک خستگی در ریل

خستگی تماس غلتشی (rcf) یکی از مهم ترین مکانیزم های آسیب در ریل های فولادی می باشد. امروزه افزایش بار محوری، افزایش ترافیک عبوری و افزایش سرعت قطارها عامل تشدید rcf شده است. در این مطالعه تخمین عمر ریل فولادی با وجود ترک سطحی بررسی می شود. بدین منظور مشخصات چرخ و ریل نزدیک به راه آهن جمهوری اسلامی ایران انتخاب شد. شبیه سازی دو بعدی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود abaqus 6.10 انجام شده است. در بارگذاری چرخ و ریل، بار عمودی مربوط به وزن واگن و نیروی کششی برای حرکت قطار با سرعت ثابت به مرکز چرخ اعمال شده اند. در ابتدا با توجه به آمارها و داده های موجود در مقالات معتبر، ترکی سطحی به طول 5 میلی متر با زاویه 25 درجه نسبت به سطح ریل مدل گردیده است. سپس با توجه به مسیر رشد ترک در مسیرهای مستقیم، ترک مرحله به مرحله رشد داده شده است. در هر مرحله، پس از استخراج تاریخچه ضرایب شدت تنش در نوک ترک، و بر اساس مدل های تاناکا، ریچارد و نرخ انرژی آزاد شده، ضریب شدت تنش معادل محاسبه شده است. سپس به کمک رابطه والکر نرخ رشد ترک خستگی تخمین زده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی تطابق خوبی را با تئوری تماسی هرتز (hct) نشان می دهد، و تنش های حداکثر در زیر سطح ریل بوجود می آیند. با توجه به کوچک بودن ناحیه پلاستیک نوک ترک می توان جهت تخمین عمر ریل از رهیافت مکانیک شکست الاستیک خطی استفاده نمود.