تحليل قابليت اعتماد رشد ترك در سوراخ پيچ ريل (ترك ستاره‌ اي درز ريل)

كارشناسي ارشد

امروزه پديده خستگي و شكست‌هاي ناشي از آن در ادوات فلزي خط ‌آهن تبديل به موضوعي بحراني و ويژه گشته است. هزينه‌هاي بالاي ناشي از اين پديده و يا خطراتي كه شكستگي‌هاي ناشي از خستگي، ايمني سير و حركت را تهديد مي‌كند، از دلايل اصلي اين امر به شمار مي‌رود. از طرفي، سوانحي كه ريشه در اين پديده دارند، علاوه بر تلفات جاني و زيان مالي، تبعات منفي شديدي نيز در بر خواهند داشت. درز ريل نيز يكي از نقاط حساس و مهم خط آهن است كه امروزه بنا به دلايلي نظير كاربرد در سيستم علائم الكتريكي و مدار راه، همچنان مورد استفاده قرار مي‌گيرد. درز ريل از ضعيف‌ترين قسمت‌هاي يك خط محسوب شده و عمر سرويس‌دهي بسيار كم و متغيري دارد. ترك‌هاي سوراخ پيچ ريل، از مهم‌ترين علل شكست ريل در اين ناحيه به شمار مي‌رود. اين ترك‌ها اغلب در اطراف سوراخ انتهايي ريل و در اثر پديده خستگي جوانه زده و به سمت تاج و پاشنه ريل منشعب مي‌شوند. در صورتي كه اين ترك‌ها به موقع شناسايي نشود، احتمال شكست ناگهاني ريل حين عبور قطار بسيار زياد بوده و منجر به خروج از خط خواهد شد. علي‌ رغم اهميت اين موضوع، مطالعات بسيار كمي در رابطه با تحليل رشد اين ترك‌ها در سال‌هاي گذشته انجام شده است. به همين دليل در اين پايان‌نامه، تحليل قابليت اعتماد رشد ترك خستگي در سوراخ پيچ ريل در محل درز مد نظر قرار گرفته است. در اين پژوهش ابتدا مدل‌سازي سه بعدي درز ريل در نرم‌افزار اجزا محدود آباكوس انجام شده است. پس از صحت‌سنجي مدل و كنترل برقراري شرايط مكانيك شكست الاستيك خطي، به تحليل مكانيك شكست ترك‌ها به صورت شبه استاتيكي پرداخته شده است. در اين مرحله، ضمن بررسي روند تغييرات ضرايب شدت تنش ترك‌ها، تأثير تغييرات بار محوري، سرعت قطار و سختي تكيه‌گاه ريل بر مقدار ضريب شدت تنش معادل و نسبت KI به KII نيز واكاوي شده است. همچنين به كمك رابطه پاريس و معيار حداكثر تنش مماسي، تحليل رشد خستگي ترك‌ها انجام شده و تخميني از مسير و نرخ رشد ترك‌ها به دست آمده است. در مرحله بعد، با استفاده از روش سطح پاسخ در طراحي آزمايش‌ها، مدل مرتبه دوم براي ضريب شدت تنش معادل ترك، بر حسب چهار پارامتر بار محوري، سرعت قطار، سختي تكيه‌گاه ريل و طول ترك ارائه شده است. در پايان، به كمك رابطه به دست آمده، تحليل قابليت اعتماد رشد ترك به روش شبيه‌سازي مونت كارلو براي 100000 حالت خط، قطار و ترافيك انجام شده است. در اين تحليل پارامترهاي سختي تكيه‌گاه ريل، چقرمگي شكست، طول اوليه ترك، بار محوري، سرعت قطار، تعداد واگن در هر قطار و تعداد قطار عبوري روزانه به عنوان متغير تصادفي در نظر گرفته شده و تابع حالت حدي بر اساس تعداد سيكل بارگذاري (تعداد چرخ‌هاي عبور كرده) تعريف شده است. بر اساس نتايج به دست آمده، پس از گذشت حدود 14 ماه از جوانه‌زني ترك‌ها، شاخص قابليت اعتماد از 7/5 به صفر مي‌رسد كه نشان از سرعت زياد رشد اين ترك‌‌ها داشته و بهره‌بردار را متوجه ريسك بالاي اين خرابي مي‌نمايد. ضمناً شاخص قابليت اعتماد، حساسيت بيشتري به تغييرات سرعت قطار و بار محوري نشان مي‌دهد.

190257

دانشگاه علم و صنعت ايران

خطوط راه آهن

دكتر سعيد محمدزاده