Sterowana błędem a posteriori analiza przestrzennego stanu deformacji w szynach i kołach pojazdów szynowych

• Autorzy: Krok J.

Warianty tytułu

EN

A posteriori error controlled 3D analysis of deformations of rails and vehicle wheels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Analiza przystosowania plastycznego pól naprężeń resztkowych wymaga znajomości rozwiązania sprężystego. W niniejszym artykule zaprezentowano rozwiązania sprężyste dla szyn kolejowych i kół pojazdów szynowych poddanych różnego rodzaju obciążeniom symulującym prawdziwe naprężenie kontaktowe na styku szyna-koło. Zastosowano w tym celu szeregi Fouriera: w szynie - w kierunku wzdłuż szyny, w kole - w kierunku obwodowym. Dyskretyzację zagadnienia w przekroju koła/szyny przeprowadzono za pomocą Bezsiatkowej Metody Różnic Skończonych (BMRS) i MES. Analizę Fouriera zastosowano także do rekonstrukcji obciążeń we wszystkich kierunkach. Wymiar łatki kontaktowej, na którą działa obciążenie oraz maksymalne ciśnienia kontaktowe wyznaczono z rozwiązania Hertza. Analizę przeprowadzono dla szyn 132 RE oraz kół (wg normy USA) - zarówno sprężystą, jak i niesprężystą, stosując modele przyrostowe i model Żarki. Zastosowano szereg obciążeń o różnym poziomie intensywności i położeniu, w tym obciążenia z podwójnym kontaktem. W opracowaniu uzyskano wiele - ważnych zarówno z punktu widzenia naukowego, jak i inżynierskiego - wyników.

EN

Shakedown analysis of residual stresses requires appropriate elastic solutions. Such solutions for a railroad rail and vehicle wheel subject to various types of loading simulating the true wheel/rail rolling contact forces are presented here. The specially developed Generalized Finite Strip/Fourier Method, including the FEM and variational version of the Meshless Finite Difference Method (MFDM) are applied in rail and wheel cross section with the Fourier series approach in the each directions. The Fourier analysis is also used to reconstruct the biparabolic loads. Normal and tangential contact loads were considered. The contact patch size and maximum pressure for the parabolic pressure distribution are assumed according to Hertz formula. A trial analysis has been conducted on a 132 RE rail and wheel (US). A vertical load PV with a number of lateral positions were used. Obtained in the presented paper results are important from scientific as well as practical points of view.

Słowa kluczowe

PL

analiza adaptacyjna; analiza naprężeń; naprężenia resztkowe; koła pojazdów szynowych; szyny kolejowe; oszacowanie błędów a posteriori; sprężysta analiza deformacji kół i szyn

EN

posteriori error estimation; adaptive analysis; elastic analysis of deformation of rails and vehicle wheels; residual stress analysis in rails nd wheels

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Środowisko
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 104, z. 1-Ś
• Strony: 55--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.,Rys., wz., wykr.,

Twórcy

autor

Krok J.

• Instytut Technologii Informatycznych w Inżynierii Lądowej, Wydział Inżynierii Lądowej, Politechnika Krakowska

Bibliografia

• [1] Cecot W., Application of Zarka's Model to Shakedown Analysis, V WCCM, Vienna 2002.
• [2] Krok J., Orkisz J., 3D Elastic Stress Analysis in Railroad Rails and vehicle Wheels by the Adaptive FEM/FDM and Fourier Series, Proc. of the Comp. Meth. in Mech., Poznań, Poland, Vol. 3, 1997, 661-668.
• [3] Krok J., Orkisz J., Application of the Generalized FD Approach to Stress Evaluation in the FE Solution, Int. Conf. on Comp. Mech., Tokyo, Springer Verlag, XII, 1986, 31-36.
• [4] Krok J., Orkisz J., A Unified Approach to the FE and Generalized Variational FD Method in Non-linear Mechanics, Concept and Numerical Approach, Discretization Method in Structural Mechanics, IUTAM/IACM Symposium, Vienna 1989, Springer Verlag, 1990, 353-362.
• [5] Zienkiewicz O.C., Zhu J.Z., A Simple Error Estimator and Adaptive Procedure for Practical Engineering Analysis, Int. Journ. Num. Meth. Eng. 24, 1987, 337-357.
• [6] Bogdański S., Olzak M., Stupnicki J., Numerical Stress Analysis of rail Rolling Contact Fatigue Cracks, Wear, 1919, 14-24 (1996).
• [7] Kalker J.J., Three-Dimensional Elastic Bodies in Rolling Contact, Kluwer Academic Publ., The Netherlands, 1990.
• [8] Nielsen J.B., Theiler A., Tangential Contact Problem with Friction Coefficients Depending on Sliding Velocity, 2nd Mini Conf. on Contact Mech. and Wear of Rail/Wheel Systems, Budapest, July 29-31, 1996, 44-61.
• [9] Orkisz J., Orringer O., Hołowinski M., Pazdanowski M., Cecot W., Discrete Analysis of Actual Residual Stresses from Cyclic Loadings, Computer & Structures 35, 4, 1990, 397-412.
• [10] Orringer O., Morris J.M., Jeong D.Y., Detail Fracture Growth in Rails: Test Results, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 5(2), 1986, 63-95.
• [11] Perlman A.B., Gordon J.E., Application of the Constrained minimization Method to the Prediction of Residual Stresses in Actual Rail Sections, [in:] Residual Stress in Rails, Kluwer Academic Publ., The Netherlands, V. II, 1992, 151-177.
• [12] Timoshenko S., Langer B.F., Stresses in Railroad Track, Journal of Applied Mechanics 26, 1954.