- •1. Виды расчетов пути. Цель и задачи расчета
- •2. Виды воздействий на ждп
- •3. Воздействия на путь от подвижного состава. Виды колебания кузова на рессорах
- •4. Воздействия на путь от подвижного состава. Виды неровностей пути и колес подвижного состава
- •5. Воздействия на путь природно-климатических факторов
- •6. Виды напряжений в рельсах
- •7. Собственные напряжения в рельсах. Напряжения, вызванные технологией изготовления
- •8. Собственные напряжения в рельсах. Эксплуатационные напряжения
- •9. Местные напряжения в рельсах. Контактные напряжения.
- •11. Влияние местных напряжений в рельсах на образование дефектов контактно-усталостного характера по рисункам 21 и 30
- •10. Местные напряжения в рельсах. Подголовочные напряжения, напряжения концентрации при переходе из головки в шейку рельса, напряжение в зоне болтовых отверстий
- •12. Цель и задачи расчета пути на прочность
- •14. Оценочные критерии прочности пути.
- •13. Основные предпосылки и допущения к расчетной схеме расчета пути на прочность, принятого в инженерной практике.
- •15. Упругие характеристики пути
- •16. Статический расчет пути на прочность.
- •17. Эпюры m, q. Анализ линий влияния μ(kx ), η(kx)
- •18. Эквивалентные грузы. Выбор расчетной оси
- •19. Основные положения динамического расчета пути на прочность
- •21. Определение среднединамического давления колеса на рельс
- •22. Определение составляющих динамического давления колеса на рельс
- •23. Определение максимального динамического давления колес на рельс
- •20. Вероятностный характер сил, действующих на рельс
- •26. Определение напряжений на основной площадке земляного полотна. Предпосылки и допущения, заложенные в расчетную схему
- •27. Определение напряжений на основной площадке земляного полотна от наиболее массового грузового вагона. Предпосылки и допущения, заложенные в расчетную схему
- •29. Температурные силы и напряжения.
- •30. Особенности работы бесстыкового пути
- •31. Требования, предъявляемые к конструкции бесстыковоо пути
- •33. Расчет бесстыкового пути по условию устойчивости. Методы определения критической силы
- •34. Комплексный расчет пути на прочность и устойчивость
- •35. Определение возможного интервала закрепления бесстыкового пути. Режим работы бесстыкового пути: без сезонных разрядок напряжения и с двумя сезонными разрядками напряжений
- •36. Определение оптимальной температуры закрепления бесстыкового пути
- •37. Температурный выброс пути. Причины, механизм явления и отличительные признаки.
- •38. Температурный выброс и сдвиг пути под колесами поезда. Отличительные признаки
- •41. Суточная работа бесстыкового пути (зима, лето)
- •42. Влияние кривизны пути на величину возможного интервала закрепления рельсовых плетей на постоянный режим эксплуатации.
- •43. Причины появления контактно-усталочных повреждений (дефектов 11, 21, 30г, 30в)
- •1. Виды расчетов пути. Цель и задачи расчета
8. Собственные напряжения в рельсах. Эксплуатационные напряжения
Эксплуатационные напряжения. Они могут возникать в следующих случаях.
1. При укладке рельсов в кривых в них появляются изгибающий момент и напряжения от изгиба в горизонтальной плоскости :
;
где Wг — момент сопротивления рельса относительно его вертикальной оси симметрии; Iг — момент инерции сечения рельса относительно той же оси; Е — модуль упругости рельсовой стали(≈2,5×105 МПа); ρг — радиус кривизны в горизонтальной плоскости.
На переходных кривых, как известно, радиус кривизны переменный по длине l
где С — параметр переходной кривой
В начале переходной кривой (l = 0), ρг = ∞; в конце переходной кривой (l =l0), ρг = R. На круговых кривых ρг = R = const.
Таким образом, величина увеличивается от 0 в начале переходной кривой до максимума в конце переходной кривой, а затем в пределах круговой кривой остается постоянной = const. Как известно,
2. Если при промерзании балластного слоя и грунтов основной площадки земляного полотна происходит их неравномерное пучение, то рельсы искривляются в вертикальной плоскости и в них появляются изгибные напряжения:
Тогда
где y — расстояние по вертикали от горизонтальной нейтральной оси до кромок подошвы рельса; ρв — наименьший радиус кривизны рельса в вертикальной плоскости, который определяется размерами пучины
Очевидно, что в случае пучения на кривой напряжения в кромках рельсов от изгиба в горизонтальной () и вертикальной () плоскостях могут суммироваться:
Величина собственных изгибных напряжений получается значительной. Следует иметь в виду, что пучины одновременно вызывают появление дополнительных динамических сил инерции при движении подвижного состава по пути с такими неровностями. В связи с этим предотвращение пучин и своевременная выправка пути на таких участках являются первостепенными задачами.
3. При укладке рельсов на крупноблочные подрельсовые основания (железобетонные плиты или рамы) в рельсах могут возникать собственные напряжения из-за отступлений в расположении опорных подрельсовых площадок в профиле и плане, а также температурных искривлений самих блоков. Величины собственных напряжений в рельсах, вызванных неровностями плит подрельсового основания, по экспериментальным данным кафедры "Путь и путевое хозяйство" МИИТа могут достигать 40—50 МПа. Поэтому задача повышения точности изготовления крупноблочных оснований является весьма важной.
9. Местные напряжения в рельсах. Контактные напряжения.
м естные напряжения
контактные на головке (колесо с рельсом, площадь контакта ≈1÷2 см2)
напряжения концентрации в зонах болтовых отверстий
напряжения концентрации в зонах перехода шейки к подошве рельса
подголовочные напряжения в зоне перехода головки в шейку и шейки в головку. Причина – резкое изменение геометрии элемента
Местные напряжения оказывают существенное влияние на дефектность рельсов: контактные напряжения, например, на зарождение и развитие поперечных усталостных трещин в головке (дефект 21 по классификации МПС), а концентрации напряжений в зоне болтовых отверстий (просверленных без раззенковки) вызывают усталостные трещины под углом 45° к нейтральной оси рельса (дефект 53).
В момент контакта колеса с рельсом по площади контакта и по глубине от зон контакта возникают напряжения. Площадь контакта весьма мала по сравнению с размерами головки.
В общем виде
Где ω – площадь контакта
Из-за разницы радиусов площадка контакта имеет форму эллипса
Контактные напряжения — это напряжения, возникающие по площадке контакта колеса с рельсом и в непосредственной близости от нее в головке и ободе колеса.
Колесо соприкасается с головкой рельса не в точке, а за счет упругого обжатия металла контактирующих тел — по некоторой площадке.
Колесо передает на головку рельса нормальные и касательные составляющие динамической нагрузки. Величины и закон распределения напряжений по площадке контакта и в непосредственной близости от нее в головке рельса и бандаже колеса зависят от динамической нагрузки колеса, соотношения нормальной рi; и касательных (тангенциальных) составляющих τi, радиусов головки рельса г и колеса R, формы их износа, состояния пути и колес подвижного состава и др.
В основу расчета контактных напряжений в рельсах положена классическая теория Герца-Беляева.
Основные допущения, принятые в теории Герца-Беляева:
размеры контактной площадки малы по сравнению с поперечными размерами головки рельса;
коэффициент трения по площадке контакта равен нулю (/ = 0), т. е. расчет ведется только на нормальную составляющую;
металл колеса и головки рельса, работает в упругой стадии;
форма бандажа и головки рельса в зоне контакта круглоцилиндрическая.
Объём полуэллипсоида напряжений при kф= φ=1, равен 2/3 ω0 р.
Площадь эллипса
Так как размер площадки контакта относительно площадки головки очень мал, пластических деформаций не будет.
По мере удаления от площадки контакта в глубину подошвы рельса контактные напряжения падают.