Определение напряженно-деформированного состояния упругой клеммы рельсового скрепления W30

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.

1. Прокопенко О. С. Эксплуатация рельсовых скреплений на сети и новые разработки // Путь и путевое хозяйство. 2023. № 2. С. 12–16. EDN: https://elibrary.ru/bjtkvq.

2. Ермаков В. М. Скрепления для железобетонных шпал: требования, обоснования, оценка // Путь и путевое хозяйство. 2009. № 2. С. 9–16. EDN: https://elibrary.ru/ppdxrb.

3. Кириленков С.А. Опыт эксплуатации скреплений Vossloh и Pandrol на Октябрьской дороге // Путь и путевое хозяйство. 2015. № 8. С. 24–25. EDN: https://elibrary.ru/vbbpnx.

4. Прокопенко О. С., Радыгин С.Ю., Низамиев М. Р. Перспективные решения для инфраструктурного комплекса // Путь и путевое хозяйство. 2020. № 8. С. 6–7. EDN: https://elibrary.ru/yqddsf.

5. Коссов В. С., Бидуля А. Л., Краснов О. Г. Нагруженность упругих клемм скрепления АРС-4 при тяжеловесном движении // Путь и путевое хозяйство. 2017. № 11. С. 20–23. EDN: https://elibrary.ru/zssosb.

6. Ling L., Li W., Shang H., Xiao X., Wen Z., Jin X. Experimental and numerical investigation of the effect of rail corrugation on the behavior of rail fastenings. Vehicle System Dynamics. 2014;52(9):1211–1231. https://doi.org/10.1080/00423114.2014.934844.

7. Mohammadzadeh S., Ahadi S., Nouri M. Stress-based fatigue reliability analysis of the rail fastening spring clip under traffic loads. Latin American Journal of Solids and Structures. 2014;11(6):993–1011. https://doi.org/10.1590/S1679-78252014000600006.

8. Sadeghi J., Fesharaki M., Khajehdezfuly A. Influences of train speed and axle loads on life cycle of rail fastening clips. Transactions of The Canadian Society for Mechanical Engineering. 2015;39(1):1–11. https://doi.org/10.1139/tcsme-2015-0001.