Коссов Валерий Семенович - д-р техн. наук, профессор, генеральный директор, ВНИКТИ.
140402, Коломна, ул. Октябрьской революции, д. 410
Author ID 353160
Valery S. Kossov - Dr. Sci. (Eng.), Professor, General Director, Research, Design and Technology Institute of Rolling Stock.
140402, Kolomna, 410, Oktyabrskoy revolyutsii St.
Author ID 353160
Краснов Олег Геннадьевич - д-р техн. наук, заведующий отделом пути и специального подвижного состава, ВНИКТИ.
140402, Коломна, ул. Октябрьской революции, д. 410
Author ID 355854
Oleg G. Krasnov - Dr. Sci. (Eng.), Head of Track and Special Rolling Stock Department, Research, Design and Technology Institute of Rolling Stock.
140402, Kolomna, 410, Oktyabrskoy revolyutsii St.
Author ID 355854
Тимаков Максим Владимирович - заведующий лабораторией прочностных расчетов, ВНИКТИ.
140402, Коломна, ул. Октябрьской революции, д. 410
Author ID 1029566
Maksim V. Timakov - Head of Strength Calculation Laboratory, Research, Design and Technology Institute of Rolling Stock.
140402, Kolomna, 410, Oktyabrskoy revolyutsii St.
Author ID 1029566
Протопопов Андрей Леонидович - канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, ВНИКТИ.
140402, Коломна, ул. Октябрьской революции, д. 410
Author ID 882840
Andrey L. Protopopov - Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher, Research, Design and Technology Institute of Rolling Stock.
140402, Kolomna, 410, Oktyabrskoy revolyutsii St.
Author ID 882840
Чунин Сергей Владимирович - канд. техн. наук, заведующий лабораторией испытаний на усталость, ВНИКТИ.
140402, Коломна, ул. Октябрьской революции, д. 410
Author ID 1217811
Sergey V. Chunin - Cand. Sci. (Eng.), Head of Fatigue Testing Laboratory, Research, Design and Technology Institute of Rolling Stock.
140402, Kolomna, 410, Oktyabrskoy revolyutsii St.
Author ID 1217811
Литвинов Максим Алексеевич - научный сотрудник, ВНИКТИ.
140402, Коломна, ул. Октябрьской революции, д. 410
Maksim A. Litvinov - Research Scientist, Research, Design and Technology Institute of Rolling Stock.
140402, Kolomna, 410, Oktyabrskoy revolyutsii St.
Введение. При проектировании упругих клемм промежуточных рельсовых скреплений проводится оценка их прочностных характеристик. В современных условиях этот вопрос решается моделированием на основе метода конечных элементов. Для получения достоверных результатов расчёта проводится верификация конечно-элементной модели. Целью статьи является моделирование упругой клеммы Skl 14 промежуточного рельсового скрепления W30, а также верификация полученных результатов путем тензометрирования клеммы при статическом нагружении на стенде.
Материалы и методы. Для моделирования напряженно-деформированного состояния упругой клеммы Skl 14 разработана конечно-элементная модель клеммы, которая включает 450 000 элементов типа «тетраэдр» размером 1 мм и 90 000 узлов. Для проведения верификации разработанной модели и результатов расчета проведены лабораторные испытания натурной клеммы с определением напряжений кручения и изгиба методом тензометрирования. Датчики базой l = 5 мм для регистрации касательных напряжений от кручения наклеивались под углом 45º на диаметрально противоположных участках прутка на внешнем и внутреннем радиусах в зонах технологических перегибов упругой клеммы. Для регистрации изгибных напряжений датчики наклеивали в верхней части наружных поперечных участков упругой клеммы.
Результаты. Выполнена виртуальная и экспериментальная тарировка упругой клеммы. Расчетным путем определены напряжения кручения, изгиба и эквивалентные. Показано, что наиболее высокий уровень эквивалентных напряжений наблюдается в зонах технологических перегибов. Выполнен сравнительный анализ расчетных и экспериментальных значений напряжений в контрольных точках.
Обсуждение и заключение. Средняя величина расхождений по 13 контрольным точкам составила 10,1%. Это позволяет сделать вывод, что разработанная конечно-элементная модель упругой клеммы Skl 14 с достаточной для практического применения точностью может использоваться для определения ее напряженно-деформированного состояния, уровни напряжений могут стать эталонами при разработке новых конструкций клемм. Исследования напряженно-деформированного состояния упругих клемм целесообразно продолжить в условиях эксплуатации с определением влияния скорости движения, осевой нагрузки, конструкции экипажных частей, состояния колесных пар и состояния поверхности катания рельсов, а также с использованием примененной методики анализа.
Introduction. The article provides performance evaluation of the elastic clip of intermediate rail fastening during their strength characteristics assessment. In modern conditions this issue is solved by modelling using the finite element method. In order to obtain reliable calculation results, the authors carry out verification of the finite element model. The purpose of the article is to model Skl 14 elastic clip of W30 intermediate rail fastening, as well as to verify the obtained results of the clip under static loading on the test bench by strain-gauging method.
Materials and methods. For stress-strain modelling the researchers developed a finite element model of the elastic clip, which includes 450,000 elements of the tetrahedron type of size 1 mm and 90,000 nodes. In order to verify the developed model and the calculation results, laboratory tests of full-scale terminal were carried out while determining tangentional and bending stresses by strain-gauging method of a full-scale clip were performed while determining torsional and bending stresses by the strain-gauging method. Sensors with base of l = 5 mm for recording tangential stresses due to torsion were glued at 45º on diametrically opposite sections of the bar on the outer and inner radii in the zones of technological bends of the elastic clip. Sensors were glued on the upper part of the outer transverse sections of the elastic clip to register bending stresses.
Results. Virtual and experimental calibration of the elastic clip was performed. Calculation tests were conducted to determine tangential, bending and equivalent stresses. They showed that the highest level of equivalent stresses is observed in the zones of technological bends. A comparative analysis of calculated and experimental values of stresses at measuring points was performed.
Discussion and conclusion. The average value of discrepancies for 13 test points was 10.1%, which allows to conclude that the developed finite element model of Skl 14 elastic clip with a sufficient accuracy for practical application could be used to determine its stress-strain state, and the stress levels may become standards for the development of new clip designs. It is advisable to continue studies of the stress-strain state of elastic clips under operating conditions with the determination of speed influence, axial load, undercarriage design, condition of wheel pairs and tread of rails, as well as to use the applied analysis methodology.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.