تحلیل اجزای محدود مکانیک شکست چرخ و ریل

در مقاله حاضر، مسئله تماس چرخ و ریل با وجود ترک سطحی در ریل بررسی شده است. دلیل بررسی این مسئله تاثیر قابل توجه تماس چرخ و ریل بر ضرایب شدت تنش می باشد. در این تحقیق، با استفاده از روش اجزای محدود و به کمک یک نرم افزار تجاری، چرخ و ریل ترکدار تحت شرایط غلتش همراه با لغزش جزئی مدل سازی شده است. برای مدل کردن اثر متقابل بین چرخ و ریل و همچنین سطوح ترک، از المان های تماسی استفاده شده است. ضرایب شدت تنش با روش عددی برونیابی جابجایی محاسبه گردیده است. تاثیر فاکتورهایی همچون زاویه استقرار ترک، طول ترک، ضریب اصطکاک و موقعیت چرخ نسبت به ترک بر ضرایب شدت تنش مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داد که ضریب KII دارای مقادیری بزرگتر از KI میباشد. از این رو، به نظر میرسد در این مسئله تماس چرخ و ریل، مد برشی بر رفتار نوک ترک غالب است. تغییر شکل پیچیده لبه ترک هنگام عبور چرخ، جهت تنش برشی را در سطوح ترک تغییر میدهد و این باعث نوسان در مقادیر KII میشود. نوسان در مقادیر KII مهم ترین عامل رشد ترک خستگی در مسئله تماس چرخ و ریل است.