بررسی عددی پارامتر ناهمواری سطح (اسپریتی) در سایش چرخ و ریل قطارهای پرسرعت

تماس چرخ و ریل همواره یکی از مشکلات موجود در صنعت ریلی بوده است، زیرا تماس در موارد مختلفی مانند راحتی مسافر، دینامیک وسیله نقلیه و خروج از خط، نقش بسیار مهمی دارد. از این رو، همواره کارشناسان این صنعت سعی در شبیه سازی مساله تماس چرخ و ریل به روش های مختلف داشته اند تا بتوانند طریق آن سایش چرخ و ریل را به نحو مطلوبی کنترل کنند. در این پژوهش، یک مدلتماسی سه بعدی با رفتار الاستیک پلاستیک غیرخطی که ناهمواری های سطح (اسپریتی) در نقاط تماس بین چرخ و ریل قطارهای پرسرعت خطوط ریلی ژاپن (شینکانسن) را شبیه سازی می کند، بررسی می گردد. هدف اصلی این تحقیق ایجاد مدل المان محدود با قابلیت شبیه سازی مناسب سایش لغزشی در خطوط ریلی سرعت بالا می باشد. این مدل شامل الگوریتم های انعطاف پذیری و شکستدینامیکی جانسون کوک، معادله اصطکاک - کلومب و کوپلینک حرارتی مکانیکی - می باشد که پدیده سایش را با فرض یک روند آدیاباتیک، جایی که درجه حرارت به دلیل تغییر شکل پلاستیک افزایش می یابد، شبیه سازی می کند. این مدل می تواند فشار تماسی محلی، انعطاف پذیری، دمای موضعی، تنش مماس موضعی، ضریب اصطکاک موضعی و ضریب چسبندگی را پیش بینی کند. تاثیر توپوگرافی سطح، شرایط تماسی و سرعت بر ضریب چسبندگی و دمای تماس در این مدل در نظر گرفته می شود. پس از تغییر پارامترهایی همچون سرعت اولیه چرخ و وضعیت تماسی بین چرخ و ریل، خروجی هایی مانند کانتورهای تنش در سطح تماس چرخ و ریل، الگوهای سایشی سطح چرخ و ریل، دمای بیشینه ریل، میزان سایش چرخ و ضریب چسبندگی بین چرخ و ریل مورد بررسی قرار خواهد گرفت. از مهم ترین نتایج حاصل می توان به کاهش چسبندگی با افزایش سرعت قطار و تحت آلودگی های سطحی (سطح مرطوب) اشاره کرد. همچنین اگر پروفیل ریل با چرخ مطابقت نداشته باشد، تنش های بالایی تا زمان ساییده شدن ریل به پروفیل مناسب ایجاد می شود، به نحوی که ریل در منطقه تماس وارد ناحیه پلاستیک می شود. بنابراین می توان نتیجه گرفت نرخ سایش بالا می تواند باعث از بین رفتن ترک های اولیه شود و از رشد آن ها جلوگیری کند، اما نرخ کمتر سایش موجب افزایش بازه زمانی تداوم تنش های بالا شده و از این امر (از بین رفتن ترک های اولیه) جلوگیری می کند.

کلیدواژه ها:

اسپریتی ، لغزش چرخ و ریل ، شبیه سازی عددی ، الگوهای سایش ، ضریب چسبندگی