Определение напряженно-деформированного состояния упругой клеммы рельсового скрепления W30

Введение. При проектировании упругих клемм промежуточных рельсовых скреплений проводится оценка их прочностных характеристик. В современных условиях этот вопрос решается моделированием на основе метода конечных элементов. Для получения достоверных результатов расчёта проводится верификация конечно-элементной модели. Целью статьи является моделирование упругой клеммы Skl 14 промежуточного рельсового скрепления W30, а также верификация полученных результатов путем тензометрирования клеммы при статическом нагружении на стенде.

Материалы и методы. Для моделирования напряженно-деформированного состояния упругой клеммы Skl 14 разработана конечно-элементная модель клеммы, которая включает 450 000 элементов типа «тетраэдр» размером 1 мм и 90 000 узлов. Для проведения верификации разработанной модели и результатов расчета проведены лабораторные испытания натурной клеммы с определением напряжений кручения и изгиба методом тензометрирования. Датчики базой l = 5 мм для регистрации касательных напряжений от кручения наклеивались под углом 45º на диаметрально противоположных участках прутка на внешнем и внутреннем радиусах в зонах технологических перегибов упругой клеммы. Для регистрации изгибных напряжений датчики наклеивали в верхней части наружных поперечных участков упругой клеммы.

Результаты. Выполнена виртуальная и экспериментальная тарировка упругой клеммы. Расчетным путем определены напряжения кручения, изгиба и эквивалентные. Показано, что наиболее высокий уровень эквивалентных напряжений наблюдается в зонах технологических перегибов. Выполнен сравнительный анализ расчетных и экспериментальных значений напряжений в контрольных точках.

Обсуждение и заключение. Средняя величина расхождений по 13 контрольным точкам составила 10,1 %. Это позволяет сделать вывод, что разработанная конечно-элементная модель упругой клеммы Skl 14 с достаточной для практического применения точностью может использоваться для определения ее напряженно-деформированного состояния, уровни напряжений могут стать эталонами при разработке новых конструкций клемм. Исследования напряженно-деформированного состояния упругих клемм целесообразно продолжить в условиях эксплуатации с определением влияния скорости движения, осевой нагрузки, конструкции экипажных частей, состояния колесных пар и состояния поверхности катания рельсов, а также с использованием примененной методики анализа.