376 / 460
Actual Problems in Machine Building. 2015. N 2
Materials Science
in Machine Building
____________________________________________________________________
376
Методика исследований
Для моделирования взаимодействия поперечных трещин с контактной нагрузкой от
колеса (диаметром 240 мм) использовали методику работы [2], схема которой приведена на
рис. 1. Примем длину контактной площадки за 2а, глубину верхней и нижней вершины
трещины обозначим как h и H. Исследование проводили с поперечными подповерхностными
трещинами шириной 0,1 мм и длиной 2 мм и поверхностными трещинами с наклоном 45
0
к
поверхности катания.
Рис. 1
. Схема нагружения образца с поперечной трещиной на глубине H.
Исследование [3] проводили на эпоксидных пластинах размером 180×15×1,2 мм, в
которых создавали поперечные трещины (от отверстия диаметром 0,1 мм с помощью
алмазной пасты на молибденовой проволоке длиной 200 мм и диаметром 0,1 мм создавали
трещину длиной 2 мм, с радиусом 0,05 мм). На КСП-7 (координатно-сихронном
поляриметре) перемещали образец, по которому перекатывалось колесо диаметром 240 мм,
2а = 8 мм (свободное качение).
Обработка результатов проводилась по методике, приведенной в [5].
Результаты и обсуждение
Анализ результатов, полученных на образцах с вертикально ориентированной
трещиной на сплошном основании
На рис. 2 приведены изохромы, возникающие при контакте «колесо – пластина с
подповерхностной трещиной». У верхней вершины внутренней поперечной трещины (ВПТ)
(ее глубина h cоставляет от 0,25а до 0,5а) напряженное состояние ниже среднего, с
преобладанием К
1
> К
2
на дальности от контактной площадки (КП) до вершины трещины
L=а, К
2
= 55 %, а при L=а…0,5а, К
2
= 60…70 %. Ближе к КП над вершиной ВПТ получить
четкую картину изохроматического узора не удалось.
У нижней вершины ВПТ (глубина h=а) напряжения более высокие (на дальности до
вершины L=а, К
2
=35% (N=5 изохром)). При дальнейшем уменьшении L=0,25а…0а
происходит постепенное снижение К
2
и резкое понижение К
1
, и на расстоянии L=0,12а, К
2
по
величине даже превосходит К
1
(N=3). При дальнейшем уменьшении L=0,25а – 0а,
происходит резкое изменение изохроматического рисунка (резкое увеличение К
1
(N=3)).
При L=а, К
2
до 10 %, при похождении центра пятна КП за трещину картина
повторяется в обратной последовательности. По-видимому, наиболее опасно с точки зрения
роста трещины вниз является положение центра пятна КП на расстоянии L= 0,12а до L=а, т.е.
начало накатывания колеса на трещину, при этом К
2
=35 %.