Математичне моделювання напружено-деформованого стану рейок безстикової колії з’єднаних алюмотермічною зваркою при дії вантажних вагонів із врахуванням вимог ДСТУ EN 14587
Автор: Депяк Юрій Юрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Функціональна безпека залізничного транспорту
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Безстикова залізнична колія має ряд переваг перед ланковою колією. Відсутність стиків у безстиковій колії забезпечує зменшення динамічних навантажень коліс рухомого складу на колію, що призводить до зниження вібрації, покращення плавності руху поїздів, а відповідно і комфортабельності перевезення пасажирів. Зменшення ударних впливів від рухомого складу на колію також сприяє довшому терміну служби рейок, шпал, баласту та земляного полотна. Конструкція безстикової колії забезпечується методом зварювання кінців рейок. Це відбувається різними технологіями зварки. Однією із передових технологій зварювання є застосування алюмотермітного зварювання рейок [1–4]. Однак слід зазначити, що зварний стик є зоною у якій можуть розвиватися дефекти та пошкодження рейок [1]. Тому дуже актуальною задачею є оцінка напружено-деформованого стану зварних стиків рейок [5–8]. При проведені оцінки міцності зварного стику рейок слід виконувати вимоги ДСТУ EN 14587 [9]. Навантаження від дії рухомого складу на зварний стик рейок в інженерних розрахунках колії на міцність та стійкість розраховується за методикою, яка наведена у ЦП-0117 [10]. У магістерській кваліфікаційній роботі проведено математичне моделювання напружено-деформованого стану рейок безстикової колії з’єднаних алюмотермітною зваркою. Для оцінки напружено-деформованого стану рейок досліджується вплив силових навантажень від вантажних вагонів на колію із врахуванням вимог ДСТУ EN 14587. Об’єкт дослідження – зварний стик рейок безстикової колії. Предмет дослідження – напружено-деформований стан зварного стику рейок з’єднаний методом алюмотермітного зварювання. Мета дослідження – провести математичне моделювання напружено-деформованого стану рейок безстикової колії з’єднаних алюмотермітною зваркою при дії вантажних вагонів із врахуванням вимог ДСТУ EN 14587. За результатами виконання магістерської кваліфікаційної роботи отримано розв’язок таких задач досліджень: -проведено аналіз причин, які призводять до утворення дефектів та пошкоджень зварних стиків рейок безстикової колії; -проведено аналіз наукових праць, щодо досліджень напружено-деформованого стану стиків рейок безстикової колії; -наведено методику визначення сил на рейковий стик від дії рухомого складу залізниці; -отримано результати дії вертикальних сил на рейковий стик від впливу чотиривісних та восьмивісних вантажних вагонів; -проведено математичне моделювання напружено-деформованого стану зварного стику рейок методом скінченних елементів. Із проведеного аналізу науково-дослідних робіт встановлено, що зварні стики рейок є зонами, яким необхідно приділяти значну увагу при поточному утримані колії. Оскільки у них можуть виникати дефекти при впливі динамічного навантаження від рухомого складу залізниці. Однією із передових технологій зварки рейок є алюмотермітна зварка. Однак забезпечення міцності зварного шва при такій зварці рейок слід визначати експериментальними та теоретичними дослідженнями. Основним документом, який регламентує вимоги до зварювання рейок та випробувань зварних стиків є ДСТУ EN 14587. У роботі наведено методику визначення навантажень на зварний стик рейок від дії навантажень від рухомого складу залізниці відповідно до праці [10]. Встановлено, що максимальні значення сил, які виникають при русі чотиривісного вантажного вагону при швидкості 110 км/год становлять 160,6 кН, а при русі восьмивісного вантажного вагону при швидкості 90 км/год – 146,9 кН. Розроблено математичну модель зварного стику рейок безстикової колії у програмному комплексі SolidWorks. Результати напружено-деформованого стану зварного стику рейок отримано із використанням навчальної ліцензійної версії програми Femap with NX Nastran. Результати проведених розрахунків напружень у зварному стику рейок показали, що максимальна величина напружень отриманих за еквівалентною теорією Мізесса склала 92,75 МПа, а максимальні дотичні напруження склали -11,72 МПа. Ключові слова: безстикова залізнична колія, вантажні вагони, зварний стик, алюмотермітна зварка, еквівалентні навантаження, напружено-деформований стан.