Search

Purpose. Modern ideas about the accumulation of fatigue damages in the details of railway vehicles are based on models that estimate the durability of metal systems and depend on the number of cycles and the magnitude of deformations or stresses. These models allow one to assess with a sufficient degree of adequacy the weakening of metal systems in polycyclic fatigue and at the presence of the elastic strain only in the details of rolling stock. However, the possibility of plastic deformation appearing during operation of rail transport structures is not taken into account. The aim of this work is a construction of a mathematical model that allows estimating the durability of metal systems with regard to the appearing of the plastic component in the process of deformation of parts of railway vehicles. Methodology. With the use of modern methods of solid mechanics the influence of the parameters of plastic deformation on the durability of highly loaded structural elements was analyzed. Findings. The effect of elastic and plastic deformation on the energy dissipation under cyclic loading was studied. Originality. It was shown analytically that the softening parameters of metal systems are related to the total energy of deformation, which characterizes features of the degradation processes in the metal structures under external loads. Practical value. Ratios were proposed, they allow estimating residual life of details in a sequential multilevel cyclic loading., Цель. Современные представления о накоплении усталостных повреждений в деталях подвижного состава железнодорожного транспорта основываются на моделях, которые оценивают долговечность металлических систем в зависимости от числа циклов и размаха деформаций или напряжений. Данные модели позволяют с достаточной степенью адекватности проводить оценку разупрочнения металлических систем в условиях многоциклической усталости и при наличии только упругих деформаций в деталях подвижного состава. Вместе с тем, возможность появления пластических деформаций при работе железнодорожно-транспортных конструкций они не учитывают. Целью данной работы является построение математической модели, которая позволяет оценивать долговечность металлических систем с учетом появления пластической составляющей в процессе деформирования деталей подвижного состава железнодорожного транспорта. Методика. С использованием современных подходов механики деформируемого твердого тела проведен анализ влияния параметров пластических деформаций на долговечность высоконагруженных элементов конструкций. Результаты. Изучено влияние упругого и пластического деформирования на рассеяние энергии при циклической нагрузке. Научная новизна. Аналитически показано, что параметры разупрочнения металлических систем связаны с полной энергией деформации, которая характеризует особенности деградационных процессов в металлических конструкциях при внешних нагрузках. Практическая значимость. Предложены соотношения, которые позволяют оценивать остаточный ресурс детали в условиях заданной последовательной многоуровневой циклической нагрузки., Мета. Сучасні уявлення про накопичення втомних пошкоджень в деталях рухомого складу залізничного транспорту ґрунтуються на моделях, які оцінюють довговічність металевих систем залежно від кількості циклів та розмаху деформацій або напружень. Ці моделі дозволяють з достатнім рівнем адекватності виконувати оцінку знеміцнення металевих систем в умовах багатоциклової втоми та за наявності тільки пружних деформацій у деталях рухомого складу. Водночас можливість появи пластичних деформацій при роботі залізнично-транспортних конструкцій у них не враховується. Метою цієї роботи є побудова математичної моделі, яка дозволяє оцінювати довговічність металевих систем з врахуванням появи пластичної складової в процесі деформування деталей рухомого складу залізничного транспорту. Методика. З використанням сучасних підходів механіки деформованого твердого тіла було виконано аналіз впливу параметрів пластичних деформацій на довговічність високонавантажених елементів конструкцій. Результати. Вивчено вплив пружного та пластичного деформування на розсіяння енергії під час циклічного навантаження. Наукова новизна. Аналітично показано, що параметри знеміцнення металевих систем пов’язані з повною енергією деформації, яка характеризує особливості деградаційних процесів у металевих конструкціях під час зовнішніх навантажень. Практична значимість. Запропоновано співвідношення, які дозволяють оцінювати залишковий ресурс деталі в умовах заданого послідовного багаторівневого циклічного навантаження.

Purpose. Modern ideas about the contact interaction of bodies in friction are based on models that take into account the geometric parameters of the surface layers constituting tribosystems. These models provide a high level of adequacy to describe the features of the relief of the surfaces of parts and their impact on the performance characteristics of friction in the elastic stresses. However, the possibility of plastic deformations in the surface layers, particularly before using friction systems, these models do not account for. The aim of this work is the development of new mathematical approaches previously applied accounting strains and their effect on the performance of tribosystems. Methodology. Using the contact mechanics approaches analyzed the influence of preload on contacting a flat rough surfaces using a model based on the assumption of normal distribution of heights and roughness of plastic deformation at the first load. Findings. Analytically determined that under moderate pressure reduction from baseline, the actual contact area is proportional to the pressure in the 2/3 power. Originality. It is found that the contact patch size is proportional to the pressure of the first load. Practical value. It is established that at pressures lower than originally applied to the contact surfaces, the high values of the actual surface contact, the number of patches of actual contact are typical, than for the same pressure at the first load., Цель. Современные представления о контактном взаимодействии тел в условиях трения основываются на моделях, которые учитывают геометрические параметры приповерхностных слоев составляющих трибо-систем. Данные модели позволяют с высокой степенью адекватности описывать особенности рельефа поверхностей деталей и их влияние на эксплуатационные характеристики узлов трения в условиях упругих нагрузок. Вместе с тем возможность появления пластических деформаций в поверхностных слоях, особенно перед началом эксплуатации фрикционных систем, данные модели не учитывают. Целью данной работы является разработка новых математических подходов учета предварительно приложенных деформаций и их влияние на эксплуатационные характеристики трибо-систем. Методика. С использованием подходов контактной механики проведен анализ влияния предварительной нагрузки на контактирование плоских шероховатых поверхностей с использованием модели, основанной на предположениях о нормальном распределении высот микронеровностей и пластического деформирования при первой нагрузке. Результаты. Аналитически установлено, что при умеренном снижении давления по сравнению с исходным, фактическая площадь контакта пропорциональна давлению в отношении 2/3. Научная новизна. Установлено, что размер пятна контакта пропорционален давлению первой нагрузки. Практическая значимость. Показано, что при давлениях, меньших, чем изначально приложенные к контактирующим поверхностям, характерны большие значения фактической поверхности контакта, число пятен фактического контакта, чем для тех же давлений при первой нагрузке., Мета. Сучасні уявлення про контактну взаємодію тіл в умовах тертя ґрунтуються на моделях, які враховують геометричні параметри приповерхневих шарів складових трибо-систем. Дані моделі дозволяють із високим рівнем адекватності описувати особливості рельєфу поверхонь деталей та їх вплив на експлуатаційні характеристики вузлів тертя в умовах пружних навантажень. Разом із тим можливість появи пластичних деформацій, особливо перед початком експлуатації фрикційних систем, дані моделі не враховують. Метою даної роботи є розробка нових математичних підходів опису попередньо прикладених деформацій та їх вплив на експлуатаційні характеристики трибо-систем. Методика. Із використанням підходів контактної механіки проведено аналіз впливу попереднього навантаження на контактування плоских шорстких поверхонь із використанням моделі, яка ґрунтується на припущеннях про нормальний розподіл висот мікронерівностей і пластичного деформування при першому навантаженні. Результати. Аналітично встановлено, що при помірному зниженні тиску порівняно із початковим фактична площа контакту є пропорційною тиску у відношенні 2/3. Наукова новизна. Встановлено, що розмір плями контакту є пропорційним тиску першого навантаження. Практична значимість. Показано, що при тисках, менших ніж початково прикладені до контактуючих поверхонь, характерними є більші значення фактичної поверхні контакту, число плям фактичного контакту, ніж для тих же тисків при першому навантаженні.