Vasúti teherkocsi tömbkerekek hőterhelése és törésmechanikája

Hasonló dokumentumok
Gróza Márton, Lévai Mátyás, Oroszváry László Pollák Csilla, Szabó Gyula BME Gép- és Terméktervezés Tanszék ANSYS a mesterképzésben: esettanulmányok

1. Feladat. a) Mekkora radiális, tangenciális és axiális feszültségek ébrednek a csőfalban, ha a csővég zárt?

XVII. econ Konferencia és ANSYS Felhasználói Találkozó

TERMÉKTERVEZÉS NUMERIKUS MÓDSZEREI. 1. Bevezetés

Korszerű mérőeszközök alkalmazása a gépszerkezettan oktatásában

SZIMULÁCIÓ ÉS MODELLEZÉS AZ ANSYS ALKALMAZÁSÁVAL

Síklapokból álló üvegoszlopok laboratóriumi. vizsgálata. Jakab András, doktorandusz. BME, Építőanyagok és Magasépítés Tanszék

A kerék-sín között fellépő Hertz-féle érintkezési feszültség vizsgálata

tervezési szempontok (igénybevétel, feszültségeloszlás,

FRÖCCSÖNTÉS SZIMULÁCIÓ A SZERKEZETI ANALÍZIS SZOLGÁLATÁBAN

FÉLMEREV KAPCSOLATOK NUMERIKUS SZIMULÁCIÓJA

Kisciklusú fárasztóvizsgálatok eredményei és energetikai értékelése

Vasúti kerék-sín gördülő-csúszó kapcsolat hőtani és feszültségi elemzése

Az M0 Megyeri híd próbaterhelése Dr. Dunai László egyetemi tanár BME, Hidak és Szerkezetek Tanszéke

Ejtési teszt modellezése a tervezés fázisában

Anyagvizsgálatok. Mechanikai vizsgálatok

A MÁV Zrt. karbantartási stratégiájához élettartam költség szempontjából optimalizált kitérőszerkezet kiválasztása

Bükfürdő április 21.

Külpontosan nyomott keresztmetszet számítása

POLIMERTECHNIKA Laboratóriumi gyakorlat

SIKLÓCSAPÁGY KISFELADAT

ELEKTROMÁGNESES TÁRCSAFÉKEK

Közreműködők Erdélyi István Györe Attila Horvát Máté Dr. Semperger Sándor Tihanyi Viktor Dr. Vajda István

Jármű- és hajtáselemek I. (KOJHA 156) Hegesztés kisfeladat (A típus) Járműelemek és Hajtások Tanszék

Frissítve: Csavarás. 1. példa: Az 5 gyakorlat 1. példájához hasonló feladat.

A töréssel szembeni ellenállás vizsgálata

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 2015/16. Törés. Dr. Krállics György

Korszerű technológiák: zsugorodás-kompenzált és magasraktári ipari padlók

Törésmechanika. Statikus törésmechanikai vizsgálatok

Mérnöki alapok 4. előadás

Statisztikai módszerek a skálafüggetlen hálózatok

CTX-1 ipari mágneskapcsoló

A diplomaterv keretében megvalósítandó feladatok összefoglalása

Lemez- és gerendaalapok méretezése

Rugalmasan ágyazott gerenda. Szép János

Szakmai nap Nagypontosságú megmunkálások Nagypontosságú keményesztergálással előállított alkatrészek felület integritása

Érdekes esetek néhány szóban

Dr. Fenyvesi Olivér Dr. Görög Péter Megyeri Tamás. Budapest, 2015.

Gyalogos elütések szimulációs vizsgálata

Különböző öntészeti technológiák szimulációja

Kiválósági ösztöndíjjal támogatott kutatások az Építőmérnöki Karon c. előadóülés

AZ EURÓPAI UNIÓ TANÁCSA. Brüsszel, július 18. (OR. en) 12541/13 TRANS 400

HŐHIDAK. Az ÉPÜLETENERGETIKÁBAN. Energetikus/Várfalvi/

Nagygépes karbantartási munkák tapasztalatai

Törés. Az előadás során megismerjük. Bevezetés

A budapesti M3 metróvonal rekonstrukciója

Alumínium ötvözetek aszimmetrikus hengerlése

BME Járműgyártás és -javítás Tanszék. Javítási ciklusrend kialakítása

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

Tengelyátszerelt küldemények, szabályozások változása. Budapest A MAGYAR VASÚT LENDÜLETBEN

A lineáris törésmechanika alapjai

A töréssel szembeni ellenállás vizsgálata

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK Fémek technológiája

Hajdúnánás geotermia projekt lehetőség. Előzetes értékelés Hajdúnánás

Vasbeton födémek tűz alatti viselkedése Egyszerű tervezési eljárás

KÚPKERÉKPÁR TERVEZÉSE

Nagyszilárdságú acélok és alumíniumötvözetek hegesztett kötéseinek viselkedése ismétlődő igénybevétel esetén

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

Zajvédelmi megoldások. Az IC+ kocsifejlesztés kapcsán

Tengelykapcsoló. 2018/2019 tavasz

A Paksi Atomerőmű üzemidő hosszabbításához. kábelek üzemzavari minősítő vizsgálata

A MÁV 1047 sorozatú mozdonyprojekt bemutatása

A hibrid hajóhajtás alkalmazási lehetősége a folyami közforgalmú közlekedésben

XXI. NEMZETKÖZI GÉPÉSZETI TALÁLKOZÓ

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2012/13-es tanév I. félév

Pontos Diagnosztika Intelligens Mérés. httc

időpont? ütemterv számonkérés segédanyagok

Gépelemek II. 1. feladat. Rugalmas hajtás tervezése III. A tengely méretezése

Precíz Diagnosztika Intelligens Mérés. httc

Műszaki adatok Érvényes a 2016-os gyártási évre. e-up! Das Auto.

Geotechika 2005 konferencia, Ráckeve A dinamikus tömörségmérés aktuális kérdései. Subert István AndreaS Kft.

KISFESZÜLTSÉGŰ KÁBELEK

A Gillemot-tanszék nagy korszakai

Tartószerkezetek tervezése tűzhatásra - az Eurocode szerint

Szakmai nap február r 7. Zrt. Magyar Államvasutak. Szolgáltat. stabilitása sa. a pálya-jármű kölcsönhatás kérdéskörének tükrében

Vasalttalaj hídfők. Tóth Gergő. Gradex Mérnöki és Szolgáltató Kft Budapest, Bécsi út 120. Telefon: +36-1/

Kizárólag oktatási célra használható fel!

A MÁV-Thermit Kft, valamint a BME Út és Vasútépítési Tanszék köszönti az előadás hallgatóit

Kisgépes események vizsgálatai

Fiziko-kémiai módszerek a finomkémiai ipar hulladékvizeinek kezelésére

Anyagismeret I. A töréssel szembeni ellenállás vizsgálata. Összeállította: Csizmazia Ferencné dr.

Dinamikus kerékterhelés mérés. Békéscsaba augusztus 31. szeptember

GEOTECHNIKA I. LGB-SE TALAJOK SZILÁRDSÁGI JELLEMZŐI

Traxx, Taurus mozdonyok és Flirt motorvonat. Kiss László. MÁV-START Zrt. Járműmenedzsment vezető

Szádfal szerkezet ellenőrzés Adatbev.

2016. május 25. Javaslat a Tram-Train kerékprofil geometriai kialakítására

Merev testek kinematikája

Felhasználói kézikönyv

Belsőégésű motor hengerfej geometriai érzékenység-vizsgálata Geometriai építőelemek változtatásának hatása a hengerfej szilárdsági viselkedésére

Számítási eljárások 2.

II. rész: a rendszer felülvizsgálati stratégia kidolgozását támogató funkciói. Tóth László, Lenkeyné Biró Gyöngyvér, Kuczogi László

Lövedékálló védőmellény megfelelőségének elemzése lenyomatmélységek (traumahatás) alapján

2011. tavaszi félév. A forgácsolási hő. Dr. Markovits Tamás. Dr. Ozsváth Péter Dr. Szmejkál Attila

ÉLETTARTAMRA MÉRETEZETT HÍDDARUK VIZSGÁLATA. Magyari László DARULINE Kft.

HELYI TANTERV. Mechanika

Magasépítési öszvérfödémek numerikus szimuláció alapú méretezése

2011. tavaszi félév. Köszörülés. Dr. Markovits Tamás. Dr. Ozsváth Péter Dr. Szmejkál Attila

3. feladat Géprajz-Gépelemek (GEGET224B) c. tárgyból a Műszaki Anyagtudományi Kar, nappali tagozatos hallgatói számára

Forgattyús mechanizmus modelljének. Adams. elkészítése, kinematikai vizsgálata,

A tartószerkezeti méretezés módszereinek történeti fejlődése

Átírás:

JUHÁSZ Gábor István, OROSZVÁRY László BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Gép- és Terméktervezés Tanszék Vasúti teherkocsi tömbkerekek hőterhelése és törésmechanikája XVII. econ Konferencia és ANSYS Felhasználói Találkozó Budapest, 2018. április 19.

Tartalom Téma felvetése Törés vasúti kerekekben (1980-as évek közepe!) A MÁV Vasúti Tudományos Kutatóintézet és az ORE B 169 szakértőbizottság eredményei A vasúti kerék modellezése ANSYS rendszerben Hőáramlási vizsgálatok (felmelegedés, lehűlés) Maradó feszéltségek kialakulása a kerékben Törésmechanikai számítások 2/26

Feladat leírása tartós fékezés okozta elegendően nagy hőterhelés következtében a kerékkoszorúban tangenciális húzófeszültségek keletkeznek. Ez a feszültségi állapot egy külső hatásból keletezett repedéssel együtt a kerék kihűlt állapotában- keréktöréshez vezet; Tuskós fékezésű kerék vizsgálata eredményeit vettük alapul: 20 perces tartós fékezés, v=60 km/h, menetszél ca. 30 km/h 10 óráig tartó lehűlési folyamat (forgó kerék + menetszél) Sín hatásának elhanyagolása (a próbapadi vizsgálathoz hasonlóan) meglétét feltételeztük (az ORE/ERRI B169 szakértőbizottság valamint a MÁV statisztikái alapján) 3/26

Vizsgált kerékrobbanás mechanizmus Tartós fékezés Meleg állapotban képlékeny alakváltozások Kihűlt állapotban tangenciális húzófeszültség kialakulása Feszültségmezőhöz társított repedés 4/26

Jellegzetes törési formák tömbkerékben Radiális törés tengelyig (jele: R) Radiális törés a koszorúban, majd kerületi törés a tárcsában (jele: RK) 5/265

Üzemeltetés során bekövetkezett tömbkerék törések (mért geometria adatok * kerekek származása: MÁV, 1989) Sarokrepedés jellemző méretei Kerék kinyílása törés után Kerék sorszáma a [mm] b [mm] c [mm] t [mm] Törés formája Kerékátmérő a futókör síkjában [mm] Tömbkerék anyag 1 12.9 6.6 13.2 38 R 920 BV2 2 5 5.5 5 57 R 894 BV2 3 19 6 20 27 R 877 R7 4 5 15 5 26 RK 920 R7 5 30 4 26 43 R 902 R7 6 24-25 70 R 915 - Forrás: ORE B169 ( Kerekek és féktuskók termikus határai ), 3. sz. jelentés 6/26

Tömbkerék törések próbapadi generálása (mérések : DB Versuchsanstalt, Minden, 1990) : kezdeti repedéssel tömbkerekek hőterhelhetőségi határának meghatározása laboratóriumi körülmények között tartós fékezés esetére : 1.) Kerék külső sarkán 2 [mm] mély bemetszés elkészítése; 2.) Megállító fékezések sorozata 8 [mm] repedésmélység eléréséig; 3.) Tartós fékezések sorozata GG féktuskóval 3.1.) P=20 [kw]; t=45 [min]; v=60 [km/h], maximum 5-ször; 3.2.) P=30 [kw]; t=45 [min]; v=60 [km/h], maximum 10-szer; 3.3.) P=45 [kw]; t=45 [min]; v=60 [km/h], maximum 15-ször. : a.) Kiindulási sebesség=140~150 [km/h], kerékterhelés=11.25 [t]; b.) Félrecsúszott műanyag féktuskó; c.) Fékezés után a kerék gyorsított hűtése vízzel. : DR kerék 3.3.) ciklusban az 1. fékezés után kihűlt állapotban eltört; SNCF kerék nem tört el, még 65 [kw] fékteljesítmény esetén sem! 7/267

Törési szívósság, K IC [Mpa* m] Üzemi és próbapadi kerekek törési szívóssága (próbapadi mérések : DB Versuchsanstalt, Minden, 1990) 120 K IC vs R p0.2 Üzemben eltört kerekek adatai Próbapadi mérés, nem eltört kerék Próbapadi mérés, eltört kerék 100 DIN EN 13262 (K IC 80 [MPa* m]) 80 60 40 20 y = 0,1093x + 8,7544 R² = 0,8989 0 200 300 400 500 600 R p0.2 [MPa] Forrás: ORE B169 ( Kerekek és féktuskók termikus határai ), 3. sz. jelentés (A szakértőbizottság MÁV képviselője: Dr. Oroszváry László) Törési szívósság meghatározása: ETH Zürich 8/26

R=280 [mm] R=340 [mm] R=460 [mm] Mérések és ANSYS számítások összehasonlítása (Mérések: BME Vasúti Járművek Tanszék, Dr. Vajda József, 1988) 1500 [mm] Tartós fékezés jellemzői P=55 [kw] T=20 [min] v=60 [km/h] Öntöttvas féktuskó ϑ 0 =22 C 9/26

Δϑ [ C] Δϑ [ C] Δϑ [ C] Mérések és ANSYS számítások összehasonlítása (Számítások 2017-2018) Δϑ változása "A" vonal mentén 400 300 200 100 0 335 [ C] 329 [ C] Jelmagyarázat Mért hőmérséklet ANSYS eredmény 0 10 20 30 40 50 60 70 Futófelülettől mért távolság [mm] Δϑ változása "B" vonal mentén Δϑ változása "C" vonal mentén 160 140 120 100 80 60 40 20 0 135 [ C] 131 [ C] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819 60 50 40 30 20 10 0 58 [ C] 51 [ C] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Ívhossz [mm] Ívhossz [mm] 10/26

Léptetett hőforrás hatása a hőmérséklet eloszlásra Hőterhelési modellek összehasonlító vizsgálata 18 darab felületre a kerület mentén (kerék és féktuskó érintkezési felülete) felületelemeken az utolsó és első körülfordulásnál a futófelületén egyenlő eloszlású hőterhelés modelljének eredményeivel 11/26

Léptetett hőforrás hatása Eredmények a fékezés bejezése után, t=1250 [sec] Maximális hőmérséklet: 277 [ c] Maximális hőmérséklet: 276 [ c] Maximum a futófelület alatt 12/26

Törésmechanikai számítások Lehetséges repedési helyek és formák a kerékkoszorúban Forrás: Uwe Zerbst, Fracture Mechanics in Railway Application, Porto, July 7-8, 2008 13/26

Maradó feszültségek a kerékben Rugalmas tárcsa, repedésmentes modell (P=38.5 [kw]) Maximális tangenciális feszültség: 166 [MPa] Maximális tangenciális feszültség: 540 [MPa] 14 14/26

Maradó feszültségek a kerékkoszorúban Merev tárcsa, repedésmentes modell (P=38.5 [kw]) Maximális tangenciális feszültség: 176 [MPa] Maximális tangenciális feszültség: 537 [MPa] 15 15/26

Tangenciális feszültség [MPa] Maradó feszültségek a kerékben, kihűlt állapot 600 Tangenciális feszültségek maximumai a kerékkoszorúban (P=38.5 [kw]) 540 537 500 400 300 200 166 176 100 0 Normál helyzetű féktuskó Rugalmas keréktárcsa Félrecsúszott féktuskó Rugalmas keréktárcsa Normál helyzetű féktuskó Merev keréktárcsa Félrecsúszott féktuskó Merev keréktárcsa 16 16/26

Maradó (ekvivalens) feszültségek a kerékben Szimuláció repedés nélkül és repedéssel (P=38.5 [kw]) 17/26

Feszültségszámítás útvonalai a feszültségintenzitási tényező becsléséhez 18/26

K I *, KI [MPa*m 0.5 ] Repedésintenzitási tényező számítása Szubmodell technika és mintavételezett pontokra illesztett polinom 70 60 50 40 30 20 10 0 K I = SY 2 π r, lim K I K I r 0 SY = repedés síkjára merőges feszültség y = -0,0037x 3 + 0,2435x 2-5,1966x + 66,796 0 10 20 30 40 A repedés frontjától mért távolság, r [mm] * alkalmazása, finomított háló; * Mintavételezés ( mérés ) * kizárása. Dr.ir. P.J.G. Schreurs Fracture Mechanics Eindhoven University of Technology, 2012 19/26

Tangenciális feszültség, SY [MPa] Tangenciális feszültségek, félrecsúszott féktuskó a feszültségintenzitási tényező becsléséhez Tangenciális feszültségeloszlás repdéscsúcstól mérve 2000 1800 P=38.5 [kw] 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 r [mm] 20/26

K I * [MPa*m 0.5 ] Feszültségintenzitási tényező becslése/1 Félrecsúszott helyzetű féktuskó, R=25 [mm] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 φ=30 [ ] K I =90 R 2 =0.9989 φ=80[ ] K I =70 R 2 =0.9994 φ=60 [ ] K I =62 R 2 =0.9988 P=38.5 [kw] φ=15 [ ] K I =107 R 2 =0.9992 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 r [mm] 21/26

K * I [MPa*m 0.5 ] Feszültségintenzitási tényező becslése/2 40 90 35 80 70 30 60 25 50 20 40 15 30 10 20 10 5 0 Félrecsúszott Normál helyzetű féktuskó, R=25 R=25 [mm] [mm] φ=30 [ ] K I =90 R 2 =0.9989 φ=80[ ] K I =70 R 2 =0.9994 φ=60 [ ] K I =62 R 2 =0.9988 φ=80[ ] K I =39 R 2 =0.9968 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 r [mm] φ=15 [ ] K I =70 R 2 =0.9939 φ=60 [ ] K I =41 R 2 =0.9927 P=38.5 [kw] φ=15 [ ] K I =107 R 2 =0.9992 φ=30 [ ] K I =47 R 2 =0.996 22/26

Tengelycím Feszültségintenzitási tényező becslése/3 Félrecsúszott helyzetű féktuskó, R=40 mm 80 70 P=38.5 [kw] 60 50 40 φ=80[ ] K I =73 R 2 =0.9963 φ=15 [ ] K I =89 R 2 =0.9982 30 20 10 φ=60 [ ] K I =67 R 2 =0.9942 φ=30 [ ] K I =82 R 2 =0.9978 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tengelycím 23/26

K I * [MPa*m 0.5 ] Feszültségintenzitási tényező becslése/4 Normál helyzetű féktuskó, R=40 [mm] 60 P=38.5 [kw] 50 40 30 φ=80[ ] K I =64 R 2 =0.9952 φ=60 [ ] K I =46 R 2 =0.988 φ=30 [ ] K I =57 R 2 =0.9948 φ=15 [ ] K I =72 R 2 =0.999 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 r [mm] 24/26

Köszönetnyilvánítás A tömbkerekekkel kapcsolatos mérések nem valósulhattak volna meg Csárádi János (MÁV gépészigazgató), Dr. Simonyi Alfréd ( a MÁV VTKI igazgatója), Dr. Horváth Tibor (MÁV Vezérigazgatóság, Gépészeti Főosztály) Dr. Vajda József (BME Vasúti Járművek Tanszék) hathatós támogatása nélkül. Köszönetet mondunk továbbá Németh Ágotának, aki a MÁV Archívum részéről támogatta munkánkat. 25/26

Köszönjük a figyelmet! 26/26

K IC [MPa* m] Üzemeltetés során bekövetkezett tömbkerék törések (geometria és törésmechanikai adatok * kerekek származása: MÁV, 1989) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 y = 0,4003x + 37,778 R² = 0,7801 0 10 20 30 40 50 60 70 80 R eqv /t [%] Kerék sorszáma a [mm] c [mm] t [mm] K IC [MPa* m] R eqv = a*c [mm] R eqv /t [%] Tömbkerék anyag K IC (átlag) [MPa* m] 1 12.9 13.2 37.8 50 13.00 34 BV2 46 2 5 5 57 42.50 5.00 8.8 BV2 46 3 19 20 27 63 19.50 72 R7 61 4 5 5 26 51 5.00 19 R7 61 5 30 26 43 70 27.90 65 R7 61 6 24 14 70 40.50 18.30 26 N.T Forrás: ORE B169 ( Kerekek és féktuskók termikus határai ), 3. sz. jelentés 27