ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЯХ С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКО...
Путь и путевое хозяйство. 2022, № 12. С. 7—10.
Railway Track and Facilities. 2022;(12): 7—10.
ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ
Научная статья
УДК 620.1.08+625.042.3
Определение температурных напряжений в рельсовых плетях с помощью ультразвуковой тензометрии
Курашкин Константин Владимирович1, Кириллов Алексей Геннадиевич2, Беляев Роман Владимирович3, Мишакин Василий Васильевич4, Гончар Александр Викторович5, Клюшников Вячеслав Александрович6
1канд. техн. наук, старший научный сотрудник, Институт проблем машиностроения РАН — филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук» (ИПМ РАН), Нижний Новгород, Россия, kurashkinkv@yandex.ru, SPIN-код: 6722-4177.
2научный сотрудник, заведующий сектором инновационных программ, ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук» (ИПФ РАН). Нижний Новгород, Россия, kir@ipfran.ru, SPIN-код: 3405-1080.
3ведущий электроник, ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук» (ИПФ РАН). Нижний Новгород, Россия, belyaev@ipfran.ru
4канд. техн. наук, старший научный сотрудник, Институт проблем машиностроения РАН — филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук» (ИПМ РАН). Нижний Новгород, Россия, imndt31@yandex.ru, SPIN-код: 6728-1010.
5канд. техн. наук, старший научный сотрудник, Институт проблем машиностроения РАН — филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук» (ИПМ РАН). Нижний Новгород, Россия, avg-ndt@mail.ru, SPIN-код: 6070-2368.
6 канд. техн. наук, старший научный сотрудник, Институт проблем машиностроения РАН — филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук» (ИПМ РАН). Нижний Новгород, Россия, slavchuk2@yandex.ru, SPIN-код: 1065-4328.
Аннотация. В статье исследована возможность контроля температурных напряжений и фактической температуры закрепления рельсовых плетей с помощью ультразвуковой тензометрии. Приведен алгоритм определения температурного напряжения и температуры закрепления рельса на основе измерения времени распространения упругой волны. Представлена структурная схема и изложен принцип работы опытного образца ультразвукового тензометра. Представлены результаты предварительных испытаний прибора.
Ключевые слова: бесстыковой путь, рельс, температурное напряжение, температура закрепления, ультразвуковая тензометрия, акустоупругий эффект.
PROBLEMS AND SOLUTIONS
Original article
DETERMINATION OF THERMAL STRESSES OF RAILS USING ULTRASONIC TENSOMETRY
Kurashkin Konstantin1, Kirillov Alexey2, Belyaev Roman3, Mishakin Vasily4, Gonchar Alexander5, Klyushnikov Vyacheslav6
1Ph. D., senior researcher, Mechanical Engineering Research Institute of the RAS. Nizhny Novgorod, Russia, kurashkinkv@yandex.ru
2head of sector, Institute of Applied Physics of the RAS. Nizhny Novgorod, Russia, kir@ipfran.ru
3leading electronics engineer, Institute of Applied Physics of the RAS. Nizhny Novgorod, Russia, belyaev@ipfran.ru
4D. Sci, head of laboratory, Mechanical Engineering Research Institute of the RAS. Nizhny Novgorod, Russia, imndt31@yandex.ru
5Ph. D., senior researcher, Mechanical Engineering Research Institute of the RAS. Nizhny Novgorod, Russia, avg-ndt@mail.ru
6Ph. D., senior researcher, Mechanical Engineering Research Institute of the RAS. Nizhny Novgorod, Russia, slavchuk2@yandex.ru
Abstract. In paper, the possibility of monitoring thermal stresses and neutral temperature of rails using ultrasonic tensometry is investigated. An algorithm is given for determining the thermal stress and the neutral temperature of rail based on measuring the propagation time of elastic wave. A block diagram is presented and the principle of operation is described for the ultrasonic tensometer prototype. The results of preliminary tests of the developed device are presented.
Keywords: joint-free track, rail, thermal stress, neutral temperature, ultrasonic tensometer, acoustoelastic effect
Список источников
1. The verification of rail thermal stress measurement system / D. Xiangyu, Z. Liqiang, Y. Zujun, X. Xining // Periodica Polytechnica Transportation Engineering. 2020. Vol. 48, No 1. P. 45—51. DOI: https://doi.org/10.3311/PPTR.12062.
2. Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути : утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 14.12.2016 N 2544р (в ред. от 19.10.2020). Доступ через СПС «КонсультантПлюс» (дата обращения 15.09.2022).
3. Monitoring thermal stresses and incipient buckling of continuous-welded rails: results from the UCSD/BNSF/FRA large-scale laboratory test track / R.R. Phillips, C. Nucera, S. Coccia, F. Lanza di Scalea, I. Bartoli, M. Fateh, G.A. Carr // SPIE Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems : proceedings. 2011. V. 7981. a.n. 79813T. DOI: https://doi.org/10.1117/12.880241.
4. Szelążek J. Ultrasonic measurement of thermal stresses in continuously welded rails // NDT&E International. 1992. Vol. 25, Iss. 2. P. 77—85. DOI: https://doi.org/10.1016/0963-8695(92)90497-5.
5. Bray D.E., Stanley R.K. Nondestructive evaluation: a tool in design, manufacturing and service. Boca Raton: CRC Press, 1997. 586 p. DOI: https://doi.org/10.1201/9781315272993.
6. Vangi D., Virga A. A practical application of ultrasonic thermal stress monitoring in continuous welded rails // Experimental Mechanics. 2007. Vol. 47. P. 617—623. https://doi.org/10.1007/s11340-006-9016-6.
7. Egle D.M., Bray D.E. Measurement of acoustoelastic and third-order elastic constants for rail steel // Journal of Acoustical Society of America. 1976. Vol. 60, Iss. 3. P. 741—744. DOI: https://doi.org/10.1121/1.381146.
8. Szelążek J. Sets of piezoelectric probeheads for stress evaluation with subsurface waves // Journal of Nondestructiv Evaluation. 2013. Vol. 32. P. 188—199. https://doi.org/ 10.1007/s10921-013-0172-1.
9. Influence factors analysis and accuracy improvement for stress measurement using ultrasonic longitudinal critically refracted (LCR) wave / H. Liu, Y. Li, T. Li, X. Zhang, Y. Li etc // Applied Acoustics. 2018. Vol. 141, No 1. P. 178—187. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2018.07.017.
10. Методы акустического контроля металлов / Н.П. Алешин, В.Е. Белый, А.Х. Вопилкин, А.К. Вощанов, И.Н. Ермолов, А.К. Гурвич. М.: Машиностроение. 1989. 456 с.
11. A method for long-term on-line monitoring of temperature stress of continuously welded rail / L. Sun, Z. Li, W.F. Zhu, Y. He, G. Fan, W. Fang, W. Shao // Advances in Mechanical Engineering. 2021. Vol. 13, No 8. P. 1—14. DOI: https://doi.org/10.1177/16878140211041432.
12. Experimental measurement of residual stress distribution in rail specimens using ultrasonic Lcr waves / Y. Hwang, G. Kim, Y. Kim, J. Park, M.Y. Choi, K. Kim // Applied Science. 2021. Vol. 11. a.n. 9306. DOI: https://doi.org/ 10.3390/app11199306.