شبیه سازی رشد ترک خستگی در چرخ های راه آهن و تاثیر تنش های پسماند

در این مقاله مدلسازی و تحلیل تنش های پسماند ناشی از فرایند ساخت و توزیع تنش ناشی از تماس چرخ و ریل، برای یک نمونه از چرخ موجود در سامانه ریلی ایران در نرم افزار اجزا محدود Ansys صورت گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل تنش، برای شبیه سازی رشد ترک خستگی و تخمین عمر در نرم افزار Franc۳D استفاده شده است. شبیه سازی رشد ترک در محدوده رفتار الاستیک ماده و برای دو نوع ترک شعاعی و محیطی انجام گرفته است و روابط حاکم بر مکانیک شکست بکار گرفته شده اند. با توجه به نتایج بدست آمده از شبیه سازی، ضرایب شدت تنش محاسبه شده و برای بدست آوردن نرخ رشد ترک و تخمین عمر خستگی در چرخ نمونه از رابطه Paris استفاده شده است. در ادامه نیز تاثیر دامنه بار اعمالی بر عمر رشد ترک خستگی در حضور تنش های پسماند برای دو نوع ترک مذکور مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. مقایسه نتایج نشان داد تنش پسماند ناشی از فرایند ساخت، تاثیر قابل توجهی بر عمر خستگی داشته و افزایش طول ترک اولیه، تاثیر بالایی بر کاهش عمر خستگی دارد. همچنین تنش های پسماند نزدیک به تنش تسلیم سبب گردیده تا علاوه بر مود کششی، مودهای برشی نیز در رشد ترک تاثیر بسیار زیادی داشته و سبب انحراف ترک از مسیر اصلی خود شود.

کلیدواژه ها:

تنش های پسماند ، فرایند ساخت ، رشد ترک خستگی ، مکانیک شکست