References

vestnikvniizht

Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)

RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL

2223-97312713-2560

Joint Stock Company "Railway Research Institute"

10.21780/2223-9731-2016-75-4-207-216

vestnikvniizht-99

Research Article

Другое

Miscellaneous

К вопросу о совершенствовании расчетов рельсов на прочность

On improvement of calculations for strength of rails

Шур

Е. А.

Shur

E. A.

shurea@mail.ru

Акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»)РоссияJoint Stock Company “Railway research Institute” (JSC “VNIIZhT”)Russian Federation

2016

28082016

754207216

2016

Шур Е.А.

Shur E.A.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/99

Рассмотрены три вида расчетов рельсов на прочность: расчет циклической прочности рельсов при недопущении образования усталостных трещин в подошве и шейке; расчет циклической контактной прочности при недопущении в пределах ресурса (или регламентации вероятности) образования трещин контактной усталости в головке регламентированного вида и размера, а также расчет живучести рельсов с учетом наличия усталостных трещин при недопущении полного хрупкого разрушения всего сечения. Основное внимание уделено определению допускаемых напряжений при расчете на циклическую прочность, учету масштабного фактора при расчете циклической контактной прочности, а также определению продолжительности развития усталостных трещин и их критической величины при расчете живучести. Действующие документы, касающиеся расчетов рельсов на прочность, устарели и требуют разработки новых.

From the middle of the last century, beginning with the works of Professor M. F. Verigo, rejection of yield strength at static loading and transition to the fatigue strength under cyclic loading were accepted and made as the main conceptual provisions in calculations of rails for strength when choosing allowable stress levels. Thus, calculation of rails for the strength should be carried out as all strength calculations of machine parts under loadings, variable in time. Further progress in the development of methods for calculating the strength of rails under varying stresses correspond with the implementation in practice of calculations of probability concepts. In article three types of calculations of rails for strength, having the greatest practical value now, are considered namely: calculation of cyclic strength of rails at prevention of formation of fatigue cracks in a foot and a neck; calculation of cyclic contact strength at prevention within a resource (or probability regulations) of formations of cracks of contact fatigue in a head of regulated shape and size, and also calculation of durability of rails taking into account existence of fatigue cracks at prevention of complete brittle fracture of all section. The main attention is paid to determination of allowable stresses when calculating cyclic strength, as well as to the accounting of a large-scale factor when calculating cyclic contact strength, and also to determination of duration of development of fatigue cracks and their critical size when calculating durability. The existing normative documents concerning calculations of rails on strength have become outdated and demand development of new ones.

рельсырасчеты на прочностьусталостьконтактная усталостьживучесть

railscalculations for strengthfatiguecontact fatiguedurability

References1

Вериго В. Ф., Крепкогорский С. С. Общие предпосылки для корректировки правил расчетов железнодорожного пути на прочность и предложения по изменению этих правил // Динамические исследования пути и корректировка правил расчетов железнодорожного пути на прочность: сб. трудов ученых ЦНИИ МПС. Вып. 466. М.: Транспорт, 1972. С. 1 - 50.

Verigo V. F., Krepkogorskiy S. S. Obshchie predposylki dlya korrektirovki pravil raschetov zheleznodorozhnogo puti na prochnost’ i predlozheniya po izmeneniyu etikh pravil [General preconditions for the adjustment of the rules for calculations of strength of railway track and proposals to amend the rules]. Dinamicheskie issledovaniya puti i korrektirovka pravil raschetov zheleznodorozhnogo puti na prochnost’. Sb. trudov uchenykh TsNII MPS. [Dynamic studies of tracks and correcting of rules for calculations of strength of railway track. Collection of works of the scientists of Central Research Institute of Ministry of Railway Transport]. Moscow, Transport Publ., 1972, Vyp. 466, pp. 1 – 50.

Правила производства расчетов верхнего строения железнодорожного пути на прочность. М.: ЦНИИ МПС, 1954. 60 с.

Pravila proizvodstva raschetov verkhnego stroeniya zheleznodorozhnogo puti na prochnost’ [Terms of production of calculations of strength of railway track superstructure]. Moscow, TsNII MPS [Central Research Institute of Ministry of Railway Transport] Publ., 1954, 60 p.

Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М.: Машиностроение, 1993. 364 с.

Kogaev V. P. Raschety na prochnost’ pri napryazheniyakh, peremennykh vo vremeni [Calculations of strength at stresses that variable in time]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1993, 364 p.

Мейснер Б. А. Прочность и надежность рам локомотивных тележек (оценка и прогнозирование): автореф. дисс. докт. техн. наук: специальность 05.22.07. М.: ЦНИИ МПС, 1973. 43 с.

Meysner B. A. Prochnost’ i nadezhnost’ ram lokomotivnykh telezhek (otsenka i prognozirovanie). Dokt. tekhn. nauk avtoref. diss. [Strength and reliability of locomotive bogie frames (assessment and forecasting).Dr. tehn. sci. Synopsis diss]. Moscow, TsNII MPS Publ., 1973, 43 p.

Шур Е. А. О выборе допускаемых напряжений при прочностных расчетах рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 1977. № 8. С. 38 - 41.

Shur E. A. O vybore dopuskaemykh napryazheniy pri prochnostnykh raschetakh rel’sov [On the choice of permissible stresses in strength calculations of rails]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 1977, no. 8, pp. 38 – 41.

Ромен Ю. С. Динамика железнодорожного экипажа в рельсовой колее // Методы расчета и испытаний: труды ОАО «ВНИИЖТ». М.: ВМГ-Принт, 2014. 210 с.

Romen Yu. S. Dinamika zheleznodorozhnogo ekipazha v rel’sovoy kolee. Metody rascheta i ispytaniy [Railway vehicle dynamics in railway gauge. Methods for calculation and tests]. Moscow, VMG-Print Publ., 2014, 210 p.

Сравнительные испытания по воздействию на путь и стрелочные переводы вагонов новых конструкций с различными осевыми нагрузками / О. А. Суслов [и др.] // Повышение эффективности устройства и содержания железнодорожного пути: сб. трудов ученых ОАО «ВНИИЖТ». М.: ВМГ-Принт, 2014. С. 73 - 82.

Suslov O. A. Kazhaev A. N., Borisov A. I., Tokareva A. E., Peregudova M. V., Novikov I. V., Skvoznyakov P. E. Sravnitel’nye ispytaniya po vozdeystviyu na put’ i strelochnye perevody vagonov novykh konstruktsiy s razlichnymi osevymi nagruzkami [Comparative tests on the effects on track and turnouts by cars of new designs with different axial loads]. Povyshenie effektivnosti ustroystva i soderzhaniya zheleznodorozhnogo puti [Improving the efficiency of organization and maintenance of railway tracks]. Sb. trudov uchenykh JSC “VNIIZhT”. [Proc. of the scientists of JSC “VNIIZhT”]. Moscow VMG-Print Publ., 2014, pp. 73 – 82.

Смирнова М. Б. Установление коэффициента асимметрии цикла по экспериментальным данным: труды МИИТ. Вып. 271. М.: Транспорт, 1968. С. 118 - 119.

Smirnova M. B. Ustanovlenie koeffitsienta asimmetrii tsikla po eksperimental’nym dannym [Establishment of the stress ratios based on experimental data]. trudy MIIT. [Proceedings of MIIT]. Moscow, Transport Publ., 1968, Vyp. 271, pp. 118 – 119.

ГОСТ Р 55050 - 2012. Железнодорожный подвижной состав. Нормы допустимого воздействия на железнодорожный путь и методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2013. 12 с.

GOST R 55050 – 2012 Railway rolling stock. Norms of permissible impact on the railway track and test methods. Moscow, Standartinform Publ., 2013, 12 p. (in Russ.).

Методика оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения его надежности. М.: МПС РФ, 2000. 38 с.

Methodology to evaluate the impact of the rolling stock on the track on the conditions to ensure its reliability. Moscow, MPS RF Publ., 2000, 38 p. (in Russ.).

Шур Е. А., Грачева Л. Ф. Влияние режима периодического нагружения на циклическую прочность рельсовой стали // Вестник ВНИИЖТ. 1975. № 2. С. 43 - 45.

Shur E. A., Gracheva L. F. Vliyanie rezhima periodicheskogo nagruzheniya na tsiklicheskuyu prochnost’ rel’sovoy stali [Effect of mode of periodic cyclic loading on the strength of the rail steel]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 1975, no. 2, pp. 43 – 45.

Шахунянц Г. М., Туровский И. Я., Смирнова М. Б. Механические характеристики рельсов Р65 стандартного производства: труды МИИТ. № 271. М.: Транспорт, 1968. С. 3 - 104.

Shakhunyants G. M., Turovskiy I. Ya, Smirnova M. B. Mekhanicheskie kharakteristiki rel’sov R65 standartnogo proizvodstva [Mechanical properties of rails R65 of standard production]. Trudy MIIT. [Proc. of MIIT]. Moscow, Transport Publ., 1968, no. 271 pp. 3 – 104.

Лошкина Н. А., Шур Е. А., Раузин Я. Р. Усталостная прочность и живучесть объемно закаленных рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 1970. № 6. С. 32 - 35.

Loshkina N. A., Shur E. A., Rauzin Ya. R. Ustalostnaya prochnost’ i zhivuchest’ ob’emno zakalennykh rel’sov [Fatigue strength and vitality of bulk (comprehensive) hardened rails]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 1970, no. 6, pp. 32 – 35.

Влияние низких температур на сопротивление усталости рельсов / В. И. Шахов [и др.] // Вестник ВНИИЖТ. 1989. № 1. С. 47 - 50.

Shakhov V. I., D’yakonov V. N., Reykhart V. A., Kaportsev V. N. Vliyanie nizkikh temperatur na soprotivlenie ustalosti rel’sov [The effect of low temperatures on fatigue resistance of the rails]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 1989, no. 1, pp. 47 – 50.

Глонти А. Н. Причины электрокоррозии рельсов и скреплений в тоннелях // Путь и путевое хозяйство. 1970. № 11. С. 29 - 30.

Glonti A. N. Prichiny elektrokorrozii rel’sov i skrepleniy v tonnelyakh [Causes of galvanic corrosion of rails and fastenings in tunnels]. Put’i putevoe khozyaystvo [Tracks and track facilities], 1970, no. 11, pp. 29 – 30.

Шур Е. А., Глонти А. Н., Бычкова Н. Я. Усталостная прочность рельсов с электрокоррозионными повреждениями // Вестник ВНИИЖТ. 1974. № 8. С. 26 - 29.

Shur E. A., Glonti A. N., Bychkova N. Ya. Ustalostnaya prochnost’ rel’sov s elektrokorrozionnymi povrezhdeniyami [Fatigue strength of rails with electro corrosion damages]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 1974, no. 8, pp. 26 – 29.

Шур Е. А., Порошин В. Л. Повышение прочности закаленных рельсов с термомеханическими повреждениями // Вестник ВНИИЖТ. 1975. № 7. С. 48 - 51.

Shur E. A., Poroshin V. L. Povyshenie prochnosti zakalennykh rel’sov s termomekhanicheskimi povrezhdeniyami [Increasing the strength of hardened rails with thermo mechanical damage]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 1975, no. 7, pp. 48 – 51.

Методические указания «Надежность в технике. Методы испытаний на контактную усталость». М.: Изд-во стандартов, 1974. 52 с.

Methodical instructions “Reliability in mechanical engineering. Test methods for contact fatigue”, Moscow, Izdatel’stvo standartov Publ., 1974, 52 p. (in Russ.).

Коган А. Я., Абдурашитов А. Ю. Прогнозирование отказов рельсов по дефектам контактно-усталостного происхождения // Вестник ВНИИЖТ. 2014. № 4. С. 3 - 7.

Kogan A. Ya, Abdurashitov A. Yu. Prognozirovanie otkazov rel’sov po defektam kontaktno- ustalostnogo proiskhozhdeniya [Prediction of failures of rails by defects of contact-fatigue origin]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 2014, no. 4, pp. 3 – 7.

Шур Е. А., Бычкова Н. Я. Влияние масштабного фактора на сопротивление контактной усталости и прогнозирование долговечности рельсов по результатам лабораторных испытаний // Расчеты и испытания на контактную усталость материалов и деталей машин: сб. трудов ВНИИНМАШ. М.: ВНИИНМАШ, 1984. С. 145 - 149.

Shur E. A., Bychkova N. Ya. Vliyanie masshtabnogo faktora na soprotivlenie kontaktnoy ustalosti i prognozirovanie dolgovechnosti rel’sov po rezul’tatam laboratornykh ispytaniy [Effect of the scale factor on the resistance of the contact fatigue and durability prediction of rails by laboratory test results]. Raschety i ispytaniya na kontaktnuyu ustalost’ materialov i detaley mashin [Calculations and tests on the contact fatigue of materials and machine parts]. Sb. trudov VNIINMASH. [Proc. of VNIINMASH]. Moscow, VNIINMASH Publ., 1984, pp. 145 – 149.

Cannon D. F., Allen R. I. The application of fracture mechanics to railway failures - REI, 1974, v.3, № 4, pp. 6 - 17. Discuss. 17 - 23.

Cannon D. F., Allen R. I. The application of fracture mechanics to railway failures — REI. 1974, Vol. 3, no. 4, pp. 6 – 17. Discuss. 17 – 23.

Цвигун В. Н. Исследование вязкости разрушения рельсовой стали и механизма контактно-усталостных дефектов рельсов: автореф. дисс. канд. техн. наук: специальность 05.16.01. М., 1980. 17 с.

Tsvigun V. N. Issledovanie vyazkosti razrusheniya rel’sovoy stali i mekhanizma kontaktno- ustalostnykh defektov rel’sov. Kand. tekhn. nauk avtoref. diss. [Investigation of fracture toughness of rail steel and mechanisms of contact fatigue of rails defects. Cand. tehn. sci. synopsis diss.]. Moscow, 1980, 17 p.

Порошин В. Л. Влияние эксплуатационных факторов на скорость развития поперечных трещин в головке рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 1980. № 4. С. 45 - 47.

Poroshin V. L. Vliyanie ekspluatatsionnykh faktorov na skorost’ razvitiya poperechnykh treshchin v golovke rel’sov [Influence of operational factors on the rate of growth of transverse cracks in rail head]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 1980, no. 4, pp. 45 – 4.

Edel K. O. Bruchmechanische Grundlagen für die Ermittlung der Kritischen Grosse von Querrissen in Eisenbahnschienen. Die Eisenbahntechnik. 1981. Bd. 29. № 11. S. 448 - 451.

Edel K. O. Bruchmechanische Grundlagen für die Ermittlung der Kritischen Grosse von Querrissen in Eisenbahnschienen. Die Eisenbahntechnik. 1981. Bd. 29. no. 11. pp. 448 – 451.

Прочность рельсов с трещинами / Е. А. Шур [и др.] // Вестник ВНИИЖТ. 1982. № 4. С. 48 - 52.

Shur E. A., Kisileva T. N., Poroshin V. L., Beyzerov M. S. Prochnost’ rel’sov s treshchinami [Strength of rails with cracks]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 1982, no. 4, pp. 48 – 52.

О механизме развития контактно-усталостных трещин в железнодорожных рельсах / М. Н. Георгиев [и др.] // Заводская лаборатория. 2000. Т. 66. № 9. С. 50 - 52.

Georgiev M. N., Mezhova N. Ya., Morozov E. M., Reykhart V. A. O mekhanizme razvitiya kontaktno-ustalostnykh treshchin v zheleznodorozhnykh rel’sakh [On the mechanism of contact fatigue cracks in rails]. Zavodskaya laboratoriya [Factory laboratory], 2000, Vol. 66, no. 9, pp. 50 – 52.

Коган А. Я., Абдурашитов А. Ю. Особенности расчета на прочность рельсов с трещинами // Повышение надежности работы пути: труды ВНИИЖТ. М.: Интекст, 2001. С. 21 - 32.

Kogan A. Ya., Abdurashitov A. Yu. Osobennosti rascheta na prochnost’ rel’sov s treshchinami [Features of calculations on the strength of rails with cracks]. Povyshenie nadezhnosti raboty puti [Increasing reliability of track performance]. Trudy VNIIZhT. [Proc. of the Railway Research Institute]. Moscow, Intext Publ., 2001, pp. 21 – 32.

Суровин П. Г., Тихомиров В. М. Исследование направления развития контактно-усталостных трещин в рельсах Р65 // Современные проблемы взаимодействия подвижного состава и пути. Колесо-рельс: сборник докладов конференции. М.: Интекст, 2003. С. 181 - 183.

Surovin P. G., Tikhomirov V. M. Issledovanie napravleniya razvitiya kontaktno-ustalostnykh treshchin v rel’sakh R65 [Study on directions of propagation of contact fatigue cracks in the R65 rails]. Sovremennye problemy vzaimodeystviya podvizhnogo sostava i puti. Koleso-rel’s. Sbornik dokladov konferentsii [Modern problems of interaction of rolling stock and track. Wheel-rail system. Collection of the conference papers]. Moscow, Intext Publ., 2003, pp. 181 – 18.

Sandström J., Ekberg A. Predicting Crack Growth and Risks of Rail Breaks due to Wheelflat Impacts in Heavy Haul Operations. Chalmers University of Technology. International Heavy Haul Conference Specialist Technical Session Kiruna, Sweden June 11 - 13, 2007, pp. 379 - 388.

Шур Е. А., Коган А. Г., Коган А. Я. Прогнозирование остаточного ресурса рельсов с поперечными трещинами // Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений: сб. трудов. Екатеринбург, 2009. С. 169 - 181.

Shur A. E., Kogan A. G., Kogan A. Ya. Prognozirovanie ostatochnogo resursa rel’sov s poperechnymi treshchinami [Prediction of residual life of rails with transverse cracks], Uluchshenie kachestva i usloviy ekspluatatsii rel’sov i rel’sovykh skrepleniy. sb. trudov [Improving the quality and operating conditions of rails and rail fasteners. collection of works]. Ekaterinburg, 2009, pp. 169 – 181.

Горбунов М. А. Оценка напряженного состояния в окрестности трещин при эксплуатации рельсов: дисс. канд. техн. наук: специальность 05.22.06. М., 2011. 182 с.

Gorbunov M. A. Otsenka napryazhennogo sostoyaniya v okrestnosti treshchin pri ekspluatatsii rel’sov. Kand. tekhn. nauk diss [Evaluation of the stress state in the area of cracks in the operation of rails. Cand. tehn. sci. diss.]. Moscow, 2011, 182 p.

Применение линейной механики разрушения / А. Я. Коган [и др. ] // Путь и путевое хозяйство. 2011. № 2. С. 25 - 27.

Kogan A. Ya., Shur E. A., Abdurashitov A. Yu., Gorbunov M. A. Primenenie lineynoy mekhaniki razrusheniya [The use of linear fracture mechanics]. Put’ i putevoe khozyaystvo [Tracks and track facilities], 2011, no. 2, pp. 25 – 27.

Изучение механизмов питтинга, споллинга и других контактно-усталостных дефектов в рельсах. Ч. 5. Классификация контактно-усталостных повреждений железнодорожных рельсов / В. Н. Цвигун [и др.] // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии: сборник научных трудов. Вып. 35 / Сиб. гос. индустр. ун-т. Новокузнецк: Изд. центр СибГИУ, 2015. С. 147 - 173.

Tsvigun V. N., Shur E. A., Koynov R. S., Konovalov S. V. Izuchenie mekhanizmov pittinga, spollinga i drugikh kontaktno-ustalostnykh defektov v rel’sakh. Ch. 5. Klassifikatsiya kontaktno- ustalostnykh povrezhdeniy zheleznodorozhnykh rel’sov [The study on pitting, spalling and other contact-fatigue defects in the rails. Ch 5. Classification of contact fatigue damage of rails]. Vestnik gorno- metallurgicheskoy sektsii Rossiyskoy akademii estestvennykh nauk. Otdelenie metallurgii [Journal of Mining and Metallurgical Section of the Russian Academy of Natural Sciences. Department of Metallurgy]. Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, Izdatel’skiy tsentr SibGIU Publ., 2015, Vol. 35, pp. 147 – 173.

Мосягин В. В., Марков А. А. Оценка реальных размеров дефектов в изделиях с двусторонним доступом // В мире неразрушающего контроля. 2014. № 4. С. 11 - 14.

Mosyagin V. V., Markov A. A. Otsenka real’nykh razmerov defektov v izdeliyakh s dvustoronnim dostupom [Estimation of the real dimensions of defects in products with double-sided access]. V mire nerazrushayushchego kontrolya [In the world of non-destructive testing], 2014, no. 4, pp. 11 – 14.

Дьяконов В. Н., Шур Е. А., Колотушкин С. А. Оценка свойств рельсов с контактно-усталостными повреждениями // Вестник ВНИИЖТ. 1969. № 6. С. 11 - 16.

D’yakonov V. N., Shur E. A., Kolotushkin S. A. Otsenka svoystv rel’sov s kontaktno- ustalostnymi povrezhdeniyami [Evaluation of the properties of rails with contact-fatigue damage], Vestnik VNIIZhT [Vestnik of Railway Research Institute], 1969, no. 6, pp. 11 – 16.

Прочность рельсов с внутренней поперечной трещиной в головке / Е. А. Шур [и др.] // Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений: сборник трудов. Новокузнецк, 2013. С. 101 - 117.

Shur E. A., Borts A. I., Reykhart V. A., Bazanova L. V. Prochnost’ rel’sov s vnutrenney poperechnoy treshchinoy v golovke [Strength of rails with inner transverse crack in the head], Uluchshenie kachestva i usloviy ekspluatatsii rel’sov i rel’sovykh skrepleniy. Sbornik trudov. [Improving the quality and operating conditions of rails and rail fasteners. Collection of works]. Novokuznetsk, 2013, pp. 101 – 117.

Рейхарт В. А. Статическая прочность рельсов // Путь и путевое хозяйство. 2014. № 7. С. 2 - 6.

Reykhart V. A. Staticheskaya prochnost’ rel’sov [Static strength of rails]. Put’ i putevoe khozyaystvo [Tracks and track facilities], 2014, no. 7, pp. 2 – 6.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.