حدود مکانیک شکست و مکانیک تماس چرخ و ریل

در این مقاله 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 و به طور متقابل تاثیر ترک بر توزیع فشار تماسی می باشد. در این تحقیق با استفاده از روش اجزای محدود و به کمک یک نرم افزار تجاری چرخ و ریل ترک دار تحت شرایط غلتش همراه با لغزش جزیی 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 برون یابی جابه جایی محاسبه گردیده است. تاثیر فاکتورهایی همانند زاویه استقرار ترک، طول ترک و موقعیت چرخ نسبت به ترک روی ضرایب شدت تنش و فشارهای تماسی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داد ضریب KII دارای مقادیری بزرگ تر 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. هنگامی که ترک در محدوده تماس چرخ و ریل قرار میگیرد توزیع فشار تماسی حالت تکین دارد. از این رو فرضیات فشار تماسی هرتز هنگام بررسی تماس چرخ و ریل در مجاورت ترک نامعتبر به نظر میرسد.