К вопросу определения относительной контактно-усталостной повреждаемости поверхности катания рельсов

Adoption of heavy haul traffic on many railroads, comprising Russian railways, has highlighted the relevance of assessing the effect of increased axial loads on the contact fatigue life of rails.The article describes a set of theoretical studies carried out to create a scientifically substantiated method for predicting the contact fatigue life of rails depending on the values of axial loads. The stress-strain state of the contact area has been determined using the finite element model of wheel rolling on a rail. It has been found that the wheel-rail rolling contact area undergoes complex multiaxial loading with the simultaneous action of normal and shear strains. Based on the analysis of models describing multiaxial fatigue damage, the Brown–Miller model was chosen, which considers the simultaneous action of normal strains at the contact area and of maximum shear strains, which most fully describes the stress-strain state of the wheel-rail rolling contact area. To apply the Brown–Miller model, fatigue stress-strain curves for rail steel have been identified. Based on the analysis of methods for determining the parameters of stress-strain curves carried out by V. A. Troschenko, a modified Roessle– Fatemi hardness method has been applied. Based on the experimentally determined values of hardness on the rolling surface, the parameters of the curves of elastic and plastic fatigue have been revealed by calculation and experiment. To establish the damaging effect of the load from wheel rolling on a rail, the concept of relative damage per rolling cycle had been assumed which is the value inverse to the number of cycles preceding formation of a contact-fatigue crack at a given value of the axial load.Calculations of the relative damage rate of the rolling surface of rails caused by contact fatigue defects were carried out with the Fatigue software package considering mean values of the indicators of the degree of fatigue strength and plasticity of rail steel and the calculated stresses in the wheel-rail contact area, as well as the plasticity correction using Neuber method. The polynomial dependence of relative damageability of the rolling surface of rails is obtained. The established functional dependence of relative damageability of the rolling surface of rails on the values of vertical forces can be used as the basis for the developed methodology for predicting the contact fatigue life of rails.В связи с внедрением на многих железных дорогах, в том числе и российских, тяжеловесного движения остро встал вопрос оценки влияния повышенных осевых нагрузок на контактно-усталостную долговечность рельсов.Для создания научно обоснованного метода прогнозирования контактно-усталостной долговечности рельсов в зависимости от величин осевых нагрузок проведён комплекс теоретических исследований, описание которого приведено в настоящей статье. На конечно элементной модели прокатывания колеса по рельсу определено напряжённо-деформированное состояние зоны контакта. Установлено, что зона контакта при прокатывании колеса по рельсу испытывает сложное многоосное нагружение с одновременным действием нормальных и сдвиговых деформаций. На основании анализа моделей, описывающих многоосное усталостное повреждение, выбрана модель Брауна–Миллера, в которой учитывается одновременное действие нормальных деформаций на площадке контакта и максимальных сдвиговых деформаций, что наиболее полно описывает напряжённо деформированное состояние зоны контакта при прокатывании колеса по рельсу. Для применения модели Брауна–Миллера установлены деформационные кривые усталости для рельсовой стали. По результатам анализа методов определения параметров деформационных кривых, выполненного В. А. Трощенко, был применён модифицированный метод твёрдости Расла–Фатеми. На основании экспериментально определённых значений твёрдости на поверхности катания расчётно-экспериментальным путём выявлены параметры кривых упругой и пластической усталости. Для установления повреждающего действия нагрузки от прокатывания колеса по рельсу принято понятие относительного повреждения за цикл прокатки – величины, обратной числу циклов до образования контактно-усталостной трещины при заданной величине осевой нагрузки.При принятии усреднённых характеристик показателей степени усталостной прочности и пластичности рельсовой стали и расчётных напряжений в зоне контакта «колесо–рельс» с учётом пластической коррекции по Нейберу в программном комплексе Fatigue проведены расчёты относительной повреждаемости поверхности катания рельсов контактно-усталостными дефектами. Получена полиноминальная зависимость относительной повреждаемости поверхности катания рельсов. Установленная функциональная зависимость относительной повреждаемости поверхности катания рельсов от величин вертикальных сил является основой для разрабатываемой методики прогнозирования контактно-усталостной долговечности рельсов

ФАКТОРЫ УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОЖНИХ ВАГОНОВ

JSC VNIKTI on the demand of JSC Russian Railways has conducted fundamental researches and tests on the factors, which could affect the empty railway cars stability if they are exposed to the risk of derailment. Large-scale trials, running dynamics inspections, computer simulation have been held, particularly to force the cars away by longitudinal forces, to test the impact of the cars on the track e t.c. The authors devote the article to the results of this study.По поручению ОАО «РЖД»  сотрудниками ВНИКТИ выполнены  теоретические и экспериментальные  исследования факторов, влияющих  на устойчивость порожних  вагонов от схода с рельсов. В том  числе проведены масштабные  испытания по выжиманию вагонов  продольными силами, воздействию  их на путь, ходовые динамические  испытания вагонов и компьютерное  моделирование. Результаты работы  изложены в статье

Нормативная база обеспечения безопасной эксплуатации железнодорожной техники по ресурсу несущих конструкций

Switching the operation of railway equipment to life cycle contracts and confirming its safety compliance with industry technical regulations in the absence of a legislative framework for the recall of substandard products entails the need for a more thorough analysis of resource indicators of structural components of rolling stock and track superstructure. From this point of view, the state of the existing regulatory framework for confirming the strength and service life criteria of load­bearing elements of rolling stock and track, the influence of the regulatory «guillotine» and the general transition from the system of Soviet state standards GOSTs and strength rules to modern approaches of certification and differentiation of such concepts as «standard» and «supporting standard».Trends in moving away from classical bench testing methods towards introduction of a resource-based approach with defectiveness assessment are shown using examples of previously carried out research on safe operation of ER200 bogie frame and on the transition to domestic cassette bearings as part of import substitution, currently carried out for different types of rolling stock.Based on the new methods and approaches, it is possible to consider longer periods of operation, reasonably assess the extension of service life, or introduce resource-restoring technology, ensuring further safe operation. As part of these new trends, a transition is being made to modern modelling methods for assessing product safety, concepts such as «virtual sensor» and «virtual train-track system» are being introduced. It is shown that a reasonable combination of full-scale operational tests and virtual digital modelling makes it possible to offer reliable estimates of service life and safety indicators at the design and operation stages in a short time.Перевод эксплуатации железнодорожной техники на договоры жизненного цикла и подтверждение соответствия её безопасности отраслевым техническим регламентам в условиях отсутствия законодательной базы по отзыву недоброкачественной продукции влекут за собой необходимость более тщательного анализа ресурсных показателей конструктивных составляющих подвижного состава и верхнего строения пути. Под таким углом зрения рассмотрены состояние имеющейся нормативной базы подтверждения критериев прочности и ресурса несущих элементов подвижного состава и пути, влияние регуляторной «гильотины» и общий переход от системы советских ГОСТов и норм прочности к современным подходам к сертификации и разделению таких понятий, как «стандарт» и «поддерживающий стандарт».На примерах проводимых ранее работ по обеспечению безопасности эксплуатации рамы тележки ЭР200 и работ по переходу на отечественные кассетные подшипники в рамках импортозамещения, проводимых в настоящее время для разных типов подвижного состава, показаны тенденции отхода от классических методов стендовых испытаний, внедрение ресурсного подхода с оценкой дефектности.Основываясь на этих новых методах и подходах, возможно рассматривать более длительные периоды эксплуатации, обоснованно давать оценку продлению срока службы или назначать ресурсовосстанавливающую технологию, обеспечивая дальнейшую безопасную эксплуатацию. В рамках этих новых тенденций осуществляется переход к современным методам моделирования оценки безопасности продукции, внедряются такие понятия, как «виртуальный датчик» и «виртуальная система «поезд – путь». Показано, что разумное сочетание натурных эксплуатационных испытаний и виртуального цифрового моделирования позволяют в сжатые сроки дать достоверные оценки показателей ресурса и безопасности на стадиях проектирования и эксплуатации

Напряжённое состояние земляного полотна при воздействии вагонов с осевыми нагрузками до 30 тс

For the English abstract and full text of the article please see the attached PDF-File (English version follows Russian version).ABSTRACT The roadbed active area stress state from the impact of freight cars with axle loads 23,5; 25; 27 and 30 tnf is studied on a finite-element model. Using Coulomb’s wedge theory as per actually registered vibration impact levels limit stress levels for the embankment of the roadbed of the section Golutvin-Ozery of Moscow railway are determined. Experimental studies to determine stresses on the main site of the roadbed are conducted and design and experiment data are verified. Keywords: stress state, roadbed, freight car, high axle loads, limit stresses; humidity, vibration impact. The R&D work has been accomplished within the project of the Russian Fundamental Research Fund 17-20-01088.Текст аннотации на англ. языке и полный текст статьи на англ. языке находится в прилагаемом файле ПДФ (англ. версия следует после русской версии).Статья знакомит с результатами исследования напряжённого состояния деятельной зоны земляного полотна от воздействия грузовых вагонов с осевыми нагрузками 23,5, 25, 27 и 30 тс на конечно-элементной модели. С использованием теории предельного равновесия по фактически зарегистрированным уровням вибровоздействий определены уровни предельных напряжений для насыпи земляного полотна участка Голутвин- Озеры Московской железной дороги. Проведены экспериментальные замеры и анализ напряжений на основной площадке полотна и выполнена верификация расчётных и экспериментальных данных. Работа выполнена по проекту РФФИ 17-20-01088

О деформативности деятельной зоны земляного полотна при воздействии состава с повышенными осевыми нагрузками

ABSTRACT A finite-element model of a railway embankment was developed. Calculations of residual deformations of an active zone of a roadbed using the modified Mohr - Coulomb model in an elastoplastic setting, as well as a comparative evaluation of residual sediments of soil during cyclic loading from wheels of rolling stock with axle load values of 23.5; 25; 27 and 30 tf were carried out. It is shown that as the loading cycles increase, the dependence of accumulation of residual deformations for clay soils asymptotically tends to a consolidation line of II kind. The intensity of accumulation of residual deformations is higher, the greater are soil moisture and axial load. Keywords: railway embankment, soil models, finite element model, residual deformations, axial load, soil moisture. Work was made within the project RFFI 17-20-01088.Полный текст статьи на англ. языке находится в прилагаемом файле ПДФ (англ. версия следует после русской версии).Разработана конечно-элементная модель железнодорожной насыпи. Выполнены расчёты остаточных деформаций деятельной зоны земляного полотна на модифицированной модели Мора - Кулона в упругопластической постановке, а также по сравнительной оценке остаточных осадок грунта при цикличном нагружении от колёс подвижного состава с величинами осевых нагрузок 23,5; 25; 27 и 30 тс. Показано, что при увеличении циклов нагружения зависимость накопления остаточных деформаций для глинистых грунтов асимптотически стремится к линии консолидации II рода. Интенсивность накопления остаточных деформаций тем выше, чем больше влажность грунта и осевая нагрузка. Работа выполнена по проекту РФФИ 17-20-01088

Q^2 Dependence of the S_{11}(1535) Photocoupling and Evidence for a P-wave resonance in eta electroproduction

New cross sections for the reaction $ep \to e'\eta p$ are reported for total center of mass energy $W$=1.5--2.3 GeV and invariant squared momentum transfer $Q^2$=0.13--3.3 GeV$^2$. This large kinematic range allows extraction of new information about response functions, photocouplings, and $\eta N$ coupling strengths of baryon resonances. A sharp structure is seen at $W\sim$ 1.7 GeV. The shape of the differential cross section is indicative of the presence of a $P$-wave resonance that persists to high $Q^2$. Improved values are derived for the photon coupling amplitude for the $S_{11}$(1535) resonance. The new data greatly expands the $Q^2$ range covered and an interpretation of all data with a consistent parameterization is provided.Comment: 31 pages, 9 figure

Search for Θ+(1540)\Theta^+(1540) pentaquark in high statistics measurement of γp→Kˉ0K+n\gamma p \to \bar K^0 K^+ n at CLAS

The exclusive reaction $\gamma p \to \bar K^0 K^+ n$ was studied in the photon energy range between 1.6-3.8 GeV searching for evidence of the exotic baryon $\Theta^+(1540)\to nK^+$. The decay to $nK^+$ requires the assignment of strangeness $S=+1$ to any observed resonance. Data were collected with the CLAS detector at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility corresponding to an integrated luminosity of 70 $pb^{-1}$. No evidence for the $\Theta^+$ pentaquark was found. Upper limits were set on the production cross section as function of center-of-mass angle and $nK^+$ mass. The 95% CL upper limit on the total cross section for a narrow resonance at 1540 MeV was found to be 0.8 nb.Comment: Submitted to Physical Review Letter

GEANT4 : a simulation toolkit

Abstract Geant4 is a toolkit for simulating the passage of particles through matter. It includes a complete range of functionality including tracking, geometry, physics models and hits. The physics processes offered cover a comprehensive range, including electromagnetic, hadronic and optical processes, a large set of long-lived particles, materials and elements, over a wide energy range starting, in some cases, from 250 eV and extending in others to the TeV energy range. It has been designed and constructed to expose the physics models utilised, to handle complex geometries, and to enable its easy adaptation for optimal use in different sets of applications. The toolkit is the result of a worldwide collaboration of physicists and software engineers. It has been created exploiting software engineering and object-oriented technology and implemented in the C++ programming language. It has been used in applications in particle physics, nuclear physics, accelerator design, space engineering and medical physics. PACS: 07.05.Tp; 13; 2

Deeply virtual and exclusive electroproduction of omega mesons

The exclusive omega electroproduction off the proton was studied in a large kinematical domain above the nucleon resonance region and for the highest possible photon virtuality (Q2) with the 5.75 GeV beam at CEBAF and the CLAS spectrometer. Cross sections were measured up to large values of the four-momentum transfer (-t < 2.7 GeV2) to the proton. The contributions of the interference terms sigma_TT and sigma_TL to the cross sections, as well as an analysis of the omega spin density matrix, indicate that helicity is not conserved in this process. The t-channel pi0 exchange, or more generally the exchange of the associated Regge trajectory, seems to dominate the reaction gamma* p -> omega p, even for Q2 as large as 5 GeV2. Contributions of handbag diagrams, related to Generalized Parton Distributions in the nucleon, are therefore difficult to extract for this process. Remarkably, the high-t behaviour of the cross sections is nearly Q2-independent, which may be interpreted as a coupling of the photon to a point-like object in this kinematical limit.Comment: 15 pages,19 figure

Measurement of the Polarized Structure Function σLT′\sigma_{LT^\prime} for p(e⃗,e′π+)np(\vec{e},e'\pi^+)n in the Δ(1232)\Delta(1232) Resonance Region

The polarized longitudinal-transverse structure function $\sigma_{LT^\prime}$ has been measured using the $p(\vec e,e'\pi^+)n$ reaction in the $\Delta(1232)$ resonance region at $Q^2=0.40$ and 0.65 GeV$^2$. No previous $\sigma_{LT^\prime}$ data exist for this reaction channel. The kinematically complete experiment was performed at Jefferson Lab with the CEBAF Large Acceptance Spectrometer (CLAS) using longitudinally polarized electrons at an energy of 1.515 GeV. A partial wave analysis of the data shows generally better agreement with recent phenomenological models of pion electroproduction compared to the previously measured $\pi^0 p$ channel. A fit to both $\pi^0 p$ and $\pi^+ n$ channels using a unitary isobar model suggests the unitarized Born terms provide a consistent description of the non-resonant background. The $t$-channel pion pole term is important in the $\pi^0 p$ channel through a rescattering correction, which could be model-dependent.Comment: 6 pages, LaTex, 5 eps figures: Submitted to PRC/Brief Reports v2: Updated referenc