Experimental and numerical analysis of residual stresses in switch blades

• Autorzy: Towpik, K. , Kwaśniewski, L. , Kowalczyk, P.

Warianty tytułu

PL

Doświadczalna i numeryczna analiza naprężeń własnych w iglicach rozjazdowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main sources of residual stresses in rails and in point and crossing components are: the manufacturing process, railway track service loading and the transverse bending used in cold forming of switch blades. It is believed that the fatigue crack growth in railway rails is greatly influenced by the residual stress states. The paper presents the results of ultrasonic measurements of residual stresses in specimens subjected to transverse bending. Experimental data is compared with a computer-aided simulation of the loading and unloading processes leading as a final effect to residual stresses. The numerical approach is applied using the general-purpose finite element analysis program ABAQUS. The non-linear relations with respect to both material and geometry are taken into account in the analysis. The results of calculations show the process of forming residual stress states, their magnitude and 3D distribution.

PL

Głównym źródłem naprężeń w szynach i elementach rozjazdów jest proces produkcyjny, poprzeczne zginanie na zimno iglic rozjazdowych oraz obciążenia w eksploatowanym torze. Stwierdzono, że na powiększanie się pęknięć zmęczeniowych w szynach kolejowych ma znaczny wpływ stan naprężeń własnych. Artykuł przedstawia wyniki ultradźwiękowych pomiarów naprężeń własnych w próbkach poddawanych gięciu. Wyniki doświadczeń porównano z wynikami komputerowej symulacji procesu zginania doprowadzającego w konsekwencji do pojawienia się naprężeń własnych. W obliczeniach numerycznych posłużono się metodą elementów skończonych (program ABAQUS). W analizie uwzględniono nieliniowy charakter cech materiałowych oraz geometrię badanych próbek. Wyniki obliczeń charakteryzują proces powstawania naprężeń własnych, ich wielkość i przestrzenne rozmieszczenie.

Słowa kluczowe

PL

iglica rozjazdowa; naprężenie własne; szyna kolejowa; pęknięcie zmęczeniowe

• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 50, nr 2
• Strony: 219-228
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., il.

Twórcy

autor

Towpik, K.

• Warsaw University of Technology

autor

Kwaśniewski, L.

• Warsaw University of Technology

autor

Kowalczyk, P.

• Warsaw University

Bibliografia

• 1. ABAQUS/Standard User's Manual, Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc, Version 5.6, 1996.
• 2. M. ADAMSKI, K. TOWPIK, Study on residual stress distribution in switch blades [in Polish]. Proc. Int. Conf. Permanent Way, Poznań University of Technology 1995.
• 3. S. BOGDAŃSKI, M. OLZAK, J. STUPNICKI, Numerical stress analysis of rail rolling contact fatigue cracks, Wear, 191, 14-24, 1996.
• 4. J. DEPUTAT, Properties and advantages of elastoacustic phenomena to the measurements of residual stress [in Polish]. IPPT PAN, 28, Warszawa 1987.
• 5. D. ERRI, 184/Rp 2, lmproved durobiliry of switches and crossings subjected to increased speed and axle loads, Utrecht 1996.
• 6. J. ORKISZ, Prediction of actual residual stresses by constrained minimization of energy, Residual Stress in Rails, Kluwer Academic Publishers, Vol. II, 101-124, 1992.
• 7. J. ORKISZ, On future development of the constrained energy minimization method, Residual Stress in Rails, Kluwer Academic Publishers, Vol. II, 219-233, 1992.
• 8. R. RADOMSKI, Residual stress measurements at rail surface and inside rail head. Residual Stress in Rails, Kluwer Academic Publishers, Vol.II, 205-210, 1992.
• 9. K. TOWPIK, Numerical analysis of residual stress in point and crossings components [in Polish]. Proc. Int. Conf. Permanent Way, Wrocław 2001.
• 10. Y. WANG, X. SHEN, F. P. CHIANG, New experimental approach for studying residual stresses in rails. Wear, 191, 90-94, 1996.