379 / 460
Актуальные проблемы в машиностроении. 2015. №2
Материаловедение
в машиностроении
____________________________________________________________________
379
Для создания у вершины трещины сложного напряженного состояния был разработан
и создан дисковый образец, приведенный на рис. 5.
Для исследований фотоупругих напряжений у вершины трещины с разным
процентным соотношением К
1
/К
2
был изготовлен образец из эпоксидной смолы толщиной 5
мм и диаметром 50 мм с рядом отверстий по внешнему краю образца для крепления в
машине для статического растяжения. Полученные картины анализировали для нахождения
такого процентного соотношения К
1
и К
2
(К
2
до 30…35 %), которое соответствует
максимально опасным значениям. Такое соотношение К
1
и К
2
наблюдается при креплении
захватов в отверстиях под углом 20…30
0
к направлению распространения трещины.
Рис. 5
. Дисковый образец для создания у вершины трещины сложного напряженного состояния от
100%-го K
1
до 100%-го K
2
Таким образом, с учетом этого, для исследования трещиностойкости рельсовой стали
выбрана следующая схема испытания дисковых образцов:
а) чистый отрыв, К
1
=100 %. Расположение захватов под углом 90
0
к линии роста УТ.
б) чистый сдвиг, К
2
=100 %. Угол равен нулю. Для рельсовой стали это неудачная схема, т.к.
часто происходит ветвление растущей УТ, отклонение от прямолинейности, поэтому далее
всегда мы определяли К
2
по испытаниям образца типа СHISHOLM.
в) смешанный вид разрушения, когда К
2
=30…35 %. Расположение линии захватов под 25
0
к
трещине. Этот вариант показал самый быстрый рост УТ в рельсовой стали, чем при К
1
или
К
2 .
Установлено, что при нагрузке на образец 6,3 кН (К
1
) скорость усталостной трещины
была равной 0,42х10
-5
мм/цикл, при нагрузке на образец 8,5 кН (К
2
) скорость усталостной
трещины была равной 0,12х10
-5
мм/цикл, а при смешанном характере нагружения (К
1
/К
2
) –
5,5 кН и 1,7 х10
-5
мм/цикл, соответственно.
Выводы
Показано, что изгиб образца (с вертикальной подповерхностной трещиной), на двух
опорах при качении по образцу диска увеличивает значения К
1
/К
2
у вершины трещины,
которые максимальны не под контактной нагрузкой, а слева или справа от нее, на расстоянии
0,5а…1а, т.е. начало накатывания колеса на трещину.
Установлено, что на сплошном основании верхняя вершина трещины максимально
нагружена на расстоянии от КП L=0,25а…1а, а для нижней вершины трещины – 0,5а…1а.