Ocena bezpieczeństwa i trwałości konstrukcji wykorzystywanych w przemyśle kolejowym, to jedno z najważniejszych wyzwań stojących przed inżynierami. Aktualnie projektowane konstrukcje muszą być z założenia bardziej innowacyjne i lżejsze, ze względu na ciągłą optymalizację masy. W konsekwencji są one również bardziej skomplikowane geometrycznie, trudniejsze w wykonaniu, a jednocześnie, co jest najistotniejsze, muszą być odpowiednio bezpieczne w użytkowaniu. W związku z powyższym jedną z najważniejszych czynności towarzyszących procesowi projektowania pojazdów kolejowych są obliczenia wytrzymałościowe i ocena trwałości.
Piotr Harnatkiewicz, Nikolaus Friedl
Ocena trwałości w oparciu o normy EN12663 i DVS1612– Endurance Limit Aproach.
Norma EN12663 jest aktualnie obowiązującym standardem pozwalającym wymiarować wytrzymałość doraźną i zmęczeniową pudeł pojazdów kolejowych. Autorzy normy opisali w niej, jakie warunki eksploatacji powinny być uwzględniane na etapie projektowania pojazdu wskazując dwa główne typy obciążeń: 1 – Obciążenia wymiarujące wytrzymałość doraźną oraz 2 – Obciążenia wymiarujące wytrzymałość zmęczeniową. Analizując jednak normę bardziej dogłębnie można stwierdzić, iż twórcy wytycznych kwestię sposobu oceny wytrzymałości zmęczeniowej przerzucili na inne znane i możliwe do wykorzystania przez projektantów standardy, jak np. norma Eurocode 3 i 9 lub DVS1612 i DVS1608, oraz wytyczne FKM i inne. Oceniając również informacje pochodzące z rynku odnośnie zakresu wymaganych do użycia w trakcie obliczeń norm można stwierdzić, iż aktualnie najpopularniejszym i najczęściej stosowanym standardem oceny wytrzymałości zmęczeniowej konstrukcji pudeł pojazdów szynowych są normy DVS1612 (Design and endurance strength analysis of steel welded joints in rail-vehicle construction) oraz DVS1608 (Design and strength assessment of welded structures from aluminium alloys in railway applications).
Wskazane normy DVS umożliwiają przeprowadzenie poprawnej oceny wytrzymałości zmęczeniowej konstrukcji bazując na określeniu limitu wytrzymałości trwałej (Endurance Limit Aproach). W podejściu tym wykorzystuje się ocenę wartości pól naprężeń w odniesieniu do odpowiednich krzywych wytrzymałościowych nie uwzględniając liczby cykli, historii obciążeń oraz kształtu spektrum obciążenia.
W drodze wyjaśnienia, podejście Endurance Limit Aproach jest wykorzystywane w analizie kombinacji wyników z normatywnych przypadków obliczeniowych zdefiniowanych wg normy EN12663. Tym samym wyniki opracowane na podstawie normowych kombinacji obciążeń są przeliczne w uwzględnieniem wytycznych DVS i porównywane z odpowiednimi wartościami trwałej wytrzymałości zmęczeniowej odpowiadającej 2 mln cykli. Dlatego też projektant i producent nie muszą zwracać większej uwagi na warunki eksploatacji pojazdu, gdyż norma oraz większość zamawiających tego nie wymagają (Rys. 1).
Rys. 1 Ocena wytrzymałości zmęczeniowej spoin konstrukcji kolejowych – główne wyzwania
cały artykuł dostępny jest w wydaniu 9 (144) wrzesień 2019
