Numerical fatigue assessment in railway wheel contact in the presence of defects

The increasing demand for high-speed railway networks and increased carrying capacities resulted in increased stresses and strains on the railway components such as railway wheels and rails. As a consequence, the rolling contact fatigue became much more important than ever. The first part of this work presents the application of Dang Van's multiaxial fatigue criterion to multiaxial out-of-phase loading that is present in rolling contact conditions of a rail-wheel contact. The internal stresses in the wheel are computed according to the classical formulae by Sackfield and Hills. In the second part of the thesis, the stress intensity factors for cracks with varying lengths are calculated by adopting two different methods. The weight function method is the first method used for computing the SIFs under rolling contact conditions. Secondly, the same conditions are simulated with linear FE analyses.

La domanda crescente di reti ferroviarie per l’alta velocità e l’aumento delle capacità di carico hanno determinato un aumento di tensioni e deformazioni sui componenti ferroviari come le ruote dei treni e le rotaie. Come conseguenza, la fatica nei contatti a rotolamento è diventata rilevante più che mai prima d’ora. La prima parte di questo lavoro presenta l'applicazione del criterio di fatica multi-assiale di Dang Van al carico sfasato multi-assiale, che è presente nelle condizioni di contatto di rotolamento di un contatto rotaia-ruota. Le sollecitazioni interne alla ruota sono calcolate secondo le formule classiche di Sackfield e Hills. Nella seconda parte della tesi, i fattori di intensità delle sollecitazioni per cricche di lunghezza variabile sono calcolati adottando due metodi differenti. Il metodo della funzione peso è il primo metodo utilizzato per calcolare i SIF in condizioni di contatto di rotolamento. In secondo luogo, le stesse condizioni sono simulate con analisi FE lineari.