Моделирование поведения сегмента рельсовой плети при динамическом воздействии

Предложена математическая модель динамического поведения сегмента рельсовой плети в пределах нескольких шпал. Модель позволяет учесть предварительные напряжения, возникающие при закреплении рельса в плети, анизотропные свойства рельсошпальной решетки, воздействия от подвижного состава при различных начальных условиях приложения нагрузки. Рассмотрены 11 функциональных зависимостей, описывающих контакт колеса и рельса. С использованием этих зависимостей можно выбрать модель для наиболее точного описания воздействия экипажей на участки железнодорожного пути, которые могут отличаться конструкционными особенностями, механическими характеристиками используемых материалов, режимами эксплуатации, наличием дефектов на поверхности катания рельсов и колесных пар. Волновые уравнения, используемые для описания поведения сегмента рельсовой плети, позволяют моделировать процесс распространения упругих волн после начала контакта с колесной парой. Это существенно при высоких скоростях транспортных средств. В результате проведенных исследований построены графические зависимости силы взаимодействия между колесом и рельсом для разных моделей контакта. Указанные зависимости позволяют выбрать оптимальное соотношение сил с учетом геометрических, механических и конструкционных параметров участка железнодорожного пути, режимов эксплуатации и искомых функций, которых необходимо достичь: максимум контактной силы, продолжительность контакта, время нагружения и разгрузки

Литература

[1] Емельянов С.Г., Чевычелов С.А. Методика проектирования гиперболических фрез для репрофилирования старогодных рельсов. Известия ТулГУ. Серия: Технологическая системотехника, 2005, № 4, с. 32--35.

[2] Супрун П.П., Григоренко В.Г., Гончарук С.М. и др. Устройство для предупреждения бокового износа рельсов в кривых. Патент РФ 2114946. Заявл. 01.07.1996, опубл. 10.07.1998.

[3] Керопян А.М., Балахнина Е.Е., Сагалова Р.В. Обоснование актуальности исследования проблемы взаимодействия колеса и рельса при движении локомотива в условиях карьеров. ГИАБ, 2013, № 3, с. 302--308.

[4] Ромен Ю.С., Суслов О.А., Баляева А.А. Определение сил взаимодействия в системе колесо--рельс на основании измерения напряжений в шейке рельса. Вестник ВНИИЖТ, 2017, т. 76, № 6, с. 354--361. DOI: https://doi.org/10.21780/2223-9731-2017-76-6-354-361

[5] Карпущенко Н.И., Котова И.А., Котов И.Д. Новые методы экспериментальных исследований процессов в системе колесо/рельс на участках с сильно изношенными рельсами. Вестник БелГУТа: наука и транспорт, 2005, № 2 (11), с. 47--53.

[6] Абдурашитов А.Ю. Повышение эффективности использования колес и рельсов за счет разработки взаимоувязанных профилей рабочих поверхностей колес и рельсов. Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО РЖД, 2018, № 4, с. 27--39.

[7] Лисицын А.И. Износостойкость рельсов: P65-K и рельсы массовой поставки. РСП Эксперт, 2011, № 3, с. 28--29.

[8] Певзнер В.О., Потапов А.В. Влияние разности подуклонки рельсов в створных сечениях на боковой износ рельсов. Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство, 2012, т. 5, № 5, с. 78--82.

[9] Коган А.Я., Черняков Е.А. Оценка достаточного условия устойчивости колеса на рельсе с учетом вероятностного характера влияющих на нее некоторых факторов. Вестник ВНИИЖТ, 2008, № 2, с. 36--41.

[10] Локтев А.А. Удар вязкоупругого тела по упругой изотропной пластинке. Механика композиционных материалов и конструкций, 2007, т. 13, № 3, с. 417--425.

[11] Rossikhin Yu.A., Shitikova M.V., Loktev A.A. The analysis of thin-walled building structures subjected to impact excitation. 4th Int. Ph.D. Symp. in Civil Engineering, 2002, pp. 487--492.

[12] Локтев А.А., Королев В.В., Шишкина И.В. и др. Исследование микроструктуры рельсовой стали при высокочастотных динамических воздействиях. Путь и путевое хозяйство, 2019, № 5, с. 11--15.

[13] Gridasova E.A., Nikiforov P.A., Loktev A. The influence of high-frequency cyclic loading on the mechanical properties of steel. Mater. Sci. Forum, 2018, vol. 945, pp. 549--555. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.945.549

[14] Loktev A.A., Korolev V.V., Shishkina I.V. High frequency vibrations in the elements of the rolling stock on the railway bridges. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2018, vol. 463, art. 032019. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/463/3/032019

[15] Гридасова Е.А., Локтев А.А., Никифоров П.А. и др. Влияние высокочастотных вибраций в системе "колесо--рельс" на структуру рельсовой стали М76. Наука и техника транспорта, 2019, № 2, с. 40--46.

[16] Дружинина О.В., Локтев А.А., Дмитрашко А.В. и др. Исследование математической модели прогнозирования технического состояния железнодорожного пути. Транспорт: наука, техника, управление, 2019, № 4, с. 3--11.

[17] Локтев А.А., Сычева А.В., Гридасова Е.А. Моделирование динамического контакта колеса и рельса с учетом различных реологических свойств материалов и волновых процессов. Современные технологии и развитие политехнического образования, 2015, с. 405--409.

[18] Россихин Ю.А., Шитикова М.В., Локтев А.А. Удар шара о нелинейно упругий буфер, установленный на плите перекрытия. Известия высших учебных заведений. Строительство, 2004, № 11 (551), с. 16--22.

[19] Локтев А.А., Локтев Д.А. Решение задачи ударного взаимодействия упругого тела и пластинки Уфлянда --- Миндлина с помощью лучевого метода. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2010, № 2 (37), с. 94--102.

[20] Glusberg B., Korolev V., Shishkina I., et al. Calculation of track component failure caused by the most dangerous defects on change of their design and operational conditions. MATEC Web Conf., 2018, vol. 239, art. 01054. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823901054

[21] Сычев В.П., Локтев А.А., Локтев Д.А. и др. Повышение информативности оценки содержания железнодорожного пути. Мир транспорта, 2017, т. 15, № 2, c. 20--31.

[22] Локтев А.А., Локтев Д.А. Выявление и детектирование внешних дефектов верхнего строения пути агрегированным методом на основе стереозрения и анализа размытия образа. Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство, 2017, т. 11, № 11, с. 96--100.

[23] Loktev A.A., Loktev D.A. Transverse impact of a ball on a sphere with allowance for waves in the target. Tech. Phys. Lett., 2008, vol. 34, no. 11, pp. 960--963. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063785008110187

[24] Локтев А.А., Локтев Д.А. Решение задачи ударного взаимодействия твердого тела и сферической оболочки лучевым методом. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Физика. Математика, 2007, № 2, с. 128--135.

[25] Алфимцев А.Н., Локтев Д.А., Локтев А.А. Разработка пользовательского интерфейса комплексной системы видеомониторинга. Вестник МГСУ, 2012, № 11, с. 242--252.