Анализ усталостной прочности подкладки рельсового скрепления

Актуальность. Элементы верхнего строения железнодорожного пути преимущественно испытывают переменные во времени эксплуатационные воздействия. Как следствие, это сопровождается зарождением и накоплением в них усталостных повреждений. Дефекты промежуточных рельсовых скреплений достаточно сложно идентифицировать методами дефектоскопии, что может стать причиной разрушения некоторых деталей. В частности, подкладки рельсовых скреплений достаточно часто выходят из строя вследствие недостаточной усталостной прочности.
Данная проблема является предметом исследования настоящей статьи. Для проведения анализа усталостной прочности подкладки построена математическая модель ее деформирования, реализованная методом конечных элементов.
В железнодорожном пути стальная подкладка опирается на шпалу через резиновую прокладку. Поэтому для расчетов напряженно-деформированного состояния подкладки выбрана модель плиты переменной толщины, опирающейся на нелинейно-упругое основание. В свою очередь основание моделировалось набором стержней, имеющих нелинейную диаграмму деформирования, параметры которой определялись по результатам испытаний резиновой прокладки на сжатие.
Методы. Разработанная математическая модель реализована в программном комплексе COSMOS, в среде которого проведен конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния подкладки при различных силовых воздействиях: переменная во времени нагрузка со стороны груженого подвижного состава и монтажные усилия от прикрепления подкладки к шпале и к рельсу.
Результаты. По результатам расчета получены параметры циклического нагружения в опасных точках подкладки и проведена оценка ее долговечности при различном значении силовых воздействий. При этом учтена неравномерность осадки пути, а также расстройство болтовых соединений рельсового скрепления. Определено влияние этих факторов на фактические нагрузки, действующие на рельсовое скрепление.
Получено, что ресурс подкладки в основном зависит от значения эксплуатационной динамической нагрузки. 

1. Лысюк В.С., Желанин Г.Г., Кузнецов В.В. Как повысить надежность пути // Путь и путевое хозяйство. 2002. № 4. С. 8–15.

2. Карпущенко Н.И., Антонов Н.И. Совершенствование рельсовых скреплений. Новосибирск : Изд-во СГУПС, 2003. 299 с. EDN: QNQXVP

3. Карелин Т.Д., Полянская А.В., Тихомиров В.М. Влияние неравномерности осадки железнодорожного пути на взаимодействие рельса и шпал // Дни науки 2023 : материалы Регионального форума. Новосибирск, 2023. С. 180–185. EDN: GHCSCH

4. Горбунов-Посадов М.И., Маликова Т.А., Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании. Москва : Стройиздат, 1984. 679 с.

5. Коробейников С.Н. Нелинейное деформирование твердых тел. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2000. 262 с.

6. Карпущенко Н.И., Котова И.А., Осипов В.Г. Расчет пути на прочность, устойчивость и надежность. Новосибирск : Изд-во СГУПС, 2010. 119 с. EDN: QNWMBZ

7. Одинг И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая прочность металлов. Москва : Машгиз, 1962. 260 с.

8. Альбрехт В.Г. К вопросу о вертикальной жесткости рельсовых скреплений // Совершенствование конструкций пути и стрелочных переводов. Москва, 1973. С. 63–77.

9. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. Москва : Машиностроение, 1993. 364 с.

10. Антонов Н.И., Карпущенко Н.И. Расчеты подкладки скрепления БПУ при различных конструктивных изменениях // Напряжения и деформации в железнодорожных конструкциях : межвуз. сб. науч. трудов. Новосибирск, 1988. С. 11–18.

11. ГОСТ 25.504–82. Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости. Москва : Изд-во стандартов, 1982. 55 с.