CALCULATION OF CHARACTERISTICS OF STIFFNESS AND ELASTICITY OF RAIL THREADS WHEN TORSION UNDER COMBINED ACTION OF VERTICAL AND HORIZONTAL FORCES

E. I. Danilenko

Abstract


Purpose. Reference data in technical literature about such characteristics as stiffness and elasticity of rail threads at torsion are rather contradictory. This is due to the absence of correct analytical solution of this task and because of complexity of experimental studies of this problem under combined action of vertical and horizontal lateral forces. The article presents the new method of solving the task of calculation the real values of stiffness and elasticity modules of rail thread when torsion under combined action of vertical and horizontal lateral forces. Methodology. The complex method of solving the problem was used in the paper. It includes the theoretical part and the results of the experiment. Using the experiment the characteristics of horizontal lateral stiffness of the rail threads of the head and bottom at different constructions of the modern rail fastenings was measured. The second task of determination of the real values of elasticity  and stiffness  modulus of the rail thread when torsion was solved by the theoretical methods. Findings. New values of stiffness characteristics and elasticity module of rail thread when torsion for the modern rail constrictions Р65, UIC60, Р50 and the rail fastenings of the types КПП, КБ, ДО, under combined action of vertical and horizontal forces and torsion were obtained. Originality. For the first time in domestic research it was carried out the experimental and theoretical solution of the task for determination of the real values of the stiffness and elasticity modulus of rail thread when torsion under combined action of vertical and horizontal forces of the wheel loadings. The solution is represented in the functional dependence on the correlation of vertical and horizontal forces ;  acting together. The solution is carried out for the modern designs of the rails of domestic standard P65, P50, P43 and international standard UIC60. Practical value. The obtained results make it possible to carry out calculations of the real acting strains and deformations in the rails of different types under the joint action of vertical and horizontal forces for railway track on concrete and wooden sleepers with different designs of rigid and elastic rail fastenings КБ, КПП, Д0 with higher accuracy as compared to the current calculation methodology.


Keywords


rail thread; rail stiffness; elasticity; torsion; vertical forces; horizontal forces

References


Basilov, V. V., & Chernyshev, M. A. (1972). Spravochnik inzhenera-puteytsa. Moscow: Transport. [Google Scholar]

Verigo, M. F., & Kogan, A. Ya., (1986). Vzaimodeystviye puti i podvizhnogo sostava. Moscow: Transport. [Google Scholar]

Verigo, M. F., & Krepkogorskiy, S. S. (1972). Obshchiye polozheniya dlya korrektirovki «Pravil raschetov zheleznodorozhnogo puti na prochnost». Trudy Vserossiyskogo nauchno-issledovatelskogo instituta zheleznodorozhnogo transporta, 466, 4-50. [Google Scholar]

Danilenko, E. I., & Velinets, V. P. (2015). ksperymentalni doslidzhennia kharakterystyk horyzontalnoi poperechnoi zhorstkosti i modulia pruzhnosti zaliznychnoi kolii pry riznykh konstruktsiiakh reikovykh skriplen. Zaliznychnyi transport Ukrainy – Railway Transport of Ukraine, 4, 3-11. [Google Scholar]

Danilenko, E. I. (2015). Novitni doslidzhennia bichnoi pruzhnosti reikovykh nytok pry spilnii dii vertykalnykh i horyzontalnykh syl. Nauka ta prohres transportu – Science and Transport Progress, 6(60), 65-77. doi:10.15802/stp2015/57021 [Google Scholar]

Danilenko, E. I., & Velinets, V. P. (2014). Teoreticheskoye resheniye zadachi po opredeleniyu realnogo bokovogo modulya uprugosti puti, pri sovmestnom deystvii na relsovuyu nit gorizontalnykh i vertikalnykh sil. Zbirnyk naukovykh prats Derzhavnoho ekonomichno-tekhnichnoho universytetu transportu, 24, 106-122. [Google Scholar]

Yershkov, O. P. (1960). Raschet relsa na deystviye bokovykh sil v krivykh. Trudy Vserossiyskogo nauchno-issledovatelskogo instituta zheleznodorozhnogo transporta, 162, 5-59. [Google Scholar]

Yershkov, O. P. (1960). Kharakteristiki prostranstvennoy uprugosti relsovoy niti. Vserossiyskogo nauchno-issledovatelskogo instituta zheleznodorozhnogo transporta, 192, 59-101. [Google Scholar]

Taturevich, A. P. (2003). Rezultaty opredeleniya fakticheskikh znacheniy zhestkosti puti dlya issledovaniy vzaimodeystviya puti i podvizhnogo sostava. Rezultaty opredeleniya fakticheskikh znacheniy zhestkosti puti dlya issledovaniy vzaimodeystviya puti i podvizhnogo sostava, 2, 95-100. [Google Scholar]

Timoshenko, S. P. (1975). Metod issledovaniy statisticheskikh i dinamicheskikh napryazheniy v relse. Statisticheskiye i dinamicheskiye problemy teorii uprugosti, 209-220. [Google Scholar]

Timoshenko, S. P. (1975). Napryazheniya v zheleznodorozhnom relse. Statisticheskiye i dinamicheskiye problemy teorii uprugosti, 318-355. [Google Scholar]

Feodosyev, V. I. (1970). Soprotivleniye materialov. Moscow: Nauka. [Google Scholar]

Shakhunyants, G. M. (1969). Zheleznodorozhnyy put. Moscow: Transport. [Google Scholar]

Liu, C., Ping Zeng Z., Wu, B., Yuan J. Yu., & He, X. F. (2014). Experimental study on the transverse stiffness of WJ-8 rail fastening.. Applied Mechanics and Materials, 596, 3-6. doi:0.4028/www.scientific.net/ amm.596.3 [Google Scholar]

Koc, W., Wilk, A., Chrostowski, P., & Grulkowski, S. (2011). Tests on lateral resistance in railway tracks during the operation of a tamping machine. Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 225(3), 325-334. doi:10.1243/09544097jrrt324 [Google Scholar]


GOST Style Citations


  1. Басилов, В. В. Справочник инженера-путейца / В. В. Басилов, М. А. Чернышев. – Москва : Транспорт, 1972. – 2 т.
  2. Вериго, М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава / М. Ф. Вериго, А. Я. Коган. – Москва : Транспорт, 1986. – 559 с.
  3. Вериго, М. Ф. Общие положения для корректировки «Правил расчетов железнодорожного пути на прочность» / М. Ф. Вериго, С. С. Крепкогорский. – Тр. ВНИИЖТа. – Москва, 1972. – Вып. 466. – С. 4–50.
  4. Даніленко, Е. І. Експериментальні дослідження характеристик горизонтальної поперечної жорсткості і модуля пружності залізничної колії при різних конструкціях рейкових скріплень / Е. І. Даніленко, В. П. Велінець // Залізн. трансп. України. – 2015. – № 4. – С. 3–11.
  5. Даніленко, Е. І. Новітні дослідження бічної пружності рейкових ниток при спільній дії вертикальних і горизонтальних сил // Наука та прогрес транспорту. – 2015. – № 6 (60). – С. 65–77. doi: 10.15802/stp2015/57021.
  6. Даниленко, Э. И. Теоретическое решение задачи по определению реального бокового модуля упругости пути, при совместном действии на рельсовую нить горизонтальных и вертикальных сил / Э. И. Даниленко, В. П. Велинец // Зб. наук. пр. Держ. економ.-техн. ун–ту трансп. Серія: Трансп. системи і технології. – Київ, 2014. – Вип. 24. – С. 106–122.
  7. Ершков, О. П. Расчет рельса на действие боковых сил в кривых / О. П. Ершков // Тр. ВНИИЖТа. – Москва, 1960. – Вып. 192. – С. 5–59.
  8. Ершков, О. П. Характеристики пространственной упругости рельсовой нити / О. П. Ершков // Тр. ВНИИЖТа. – Москва, 1960. – Вып. 192. – С. 59–101.
  9. Татуревич, А. П. Результаты определения фактических значений жесткости пути для исследований взаимодействия пути и подвижного состава / А. П. Татуревич // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2003. – Вип. 2. – С. 95–100.
  10. Тимошенко, С. П. Метод исследований статистических и динамических напряжений в рельсе / С. П. Тимошенко // Статист. и динам. проблемы теории упругости. – Киев, 1975. – С. 209–220.
  11. Тимошенко, С. П. Напряжения в железнодорожном рельсе / С. П. Тимошенко // Статист. и динам. проблемы теории упругости. – Киев, 1975. – С. 318–355.
  12. Феодосьев, В. И. Сопротивление материалов / В. И. Феодосьев. – Москва : Наука, 1970. – 544 с.
  13. Шахунянц, Г. М. Железнодорожный путь / Г. М. Шахунянц. – Москва : Транспорт, 1969. – 536 с.
  14. Experimental study on the transverse stiffness of WJ-8 rail fastening / C. Liu, Z. Ping Zeng, B. Wu [et al.] // Applied Mechanics and Materials. – 2014. – Vol. 596. – P. 3–6. doi: 10.4028/www.scientific.net/ amm.596.3.
  15. Tests on lateral resistance in railway tracks during the operation of a tamping machine / W. Koc, A. Wilk, P. Chrostowski, S. Grulkowski // Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: J. of Rail and Rapid Transit. – 2011. – Vol. 225. – Iss. 3. – P. 325–334. doi: 10.1243/09544097-jrrt324.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2016/83530

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)