ИСТИНА

Объект исследования: метод акустической тензометрии для оценки остаточных напряжений в рельсах. Предмет исследования: связь между остаточными напряжениями, определяемыми методом акустической тензометрии и результатами разрушающих испытаний. Цель работы: Разработка методики оценки продольных остаточных напряжений в дифференцированно термоупрочнённых рельсах на стадии изготовления по данным акустического тензометрирования и результатов разрушающих испытаний. Методы исследования В диссертации использован комплексный метод, включающий теоретические и экспериментальные исследования с использованием структуроскопа электромагнитно-акустического, входящего в состав уникальной научной установки «Информационно-измерительный комплекс для исследований акустических свойств материалов и изделий» (ссылка на портале научно-технологической инфраструктуры Российской Федерации https://ckp-rf.ru/usu/586308/?sphrase_id=8525209). Работа выполнялась с применением математического моделирования методом конечных элементов в программной среде Comsol Multiphysics, в теоретических исследованиях использован аналитический метод. В основе экспериментальных исследований продольных остаточных напряжений использован эффект акустоупругости с применением методов статистической обработки результатов исследований. Основные результаты: 1. Разработана методика оценки продольных остаточных напряжений в отдельных элементах рельса (головке, шейке, подошве) по параметрам средневзвешенного значения остаточных напряжений по участку рельса σint и расхождению паза, определяемого для одного из рельсов исследуемой плавки при испытаниях рельсов согласно п. 7.14 ГОСТ 51685-2013. Определение средневзвешенного значения остаточных напряжений по участку рельса σint возможно с использованием неразрушающего метода акустической тензометрии при вводе-приёме волн со стороны поверхности катания. 2. По результатам экспериментальных и теоретических исследований предложено и научно обосновано выражение, позволяющее оценить соответствие остаточных напряжений в рельсе п. 7.14 ГОСТ 51685-2013 (расхождение прорезанного в шейке рельса паза) и п. 7.28 (напряжения в средней части подошвы, определяемые тензорезистивным методом при вырезке темплета). В качестве входных параметров выступает средневзвешенное значение остаточных напряжений σint, определение которого возможно с использованием неразрушающего метода акустической тензометрии при вводе-приёме волн со стороны поверхности катания рельса, и расхождение паза, определённое для рельсов исследуемой плавки при испытаниях рельсов согласно п. 7.14 ГОСТ 51685-2013. 3. Установлена зависимость расхождения паза в рельсе, прорезанного согласно п. 7.14 ГОСТ 51685-2013 от средневзвешенного значения продольных остаточных напряжений в рельсе, определяемых методом акустической тензометрии. Коэффициент корреляции зависимости расхождения паза к значению средневзвешенных остаточных напряжений по участку рельса составил 0,013±0,001 мм/МПа. Также определены коэффициенты корреляции между расхождением паза и остаточными напряжениями в отдельных элементах рельса (головке, шейке, подошве). Эти коэффициенты составили 0,033±0,001 мм/МПа для головки рельса, 0,0072±0,004 мм/МПа для шейки рельса, 0,011±0,001 мм/МПа для подошвы рельса. 4. Установлена зависимость остаточных напряжений в средней части подошвы рельса, определяемых тензорезистивным методом при вырезке темплета, от средневзвешенного значения продольных остаточных напряжений по участку рельса. Коэффициент корреляции между средневзвешенными остаточными напряжениями по участку рельса и остаточными напряжениями в средней части подошвы составил 0,80±0,05. Также отмечено, что напряжения в средней части подошвы не превышают критическое значение в 250 МПа в случае значений средневзвешенных сжимающих остаточных напряжений по участку рельса, больших 40 МПа. 5. Обоснована необходимость внедрения дополнительного неразрушающего контроля остаточных продольных напряжений в рельсах вследствие разброса напряжений не только по различным рельсам одной плавки, но и по различным участкам одного рельса. Научная новизна работы: 1. Разработан комплексный аналитико-экспериментальный подход к конечно-элементному моделированию механических напряжений в рельсе, учитывающий результаты экспериментальных исследований остаточных напряжений в отдельных элементах дифференцированно термоупрочнённого рельса. 2. Впервые научно обоснована методика оценки продольных остаточных напряжений по высоте рельса методом акустической тензометрии, учитывающая фактор плавки, определяемый разрушающим методом по расхождению паза при разрезке шейки рельса. 3. Впервые на основании полного факторного эксперимента при конечно-элементном моделировании научно обоснована методика оценки остаточных напряжений в отдельных элементах рельса (головка, шейка, подошва) по результатам акустической тензометрии и фактора плавки.