Analysis of rail cooling strategies through numerical simulation with instant calculation of thermal expansion coefficient
- 1 EDMANS Group (http://www.mineriadatos.com), Department of Mechanical Engineering, Universidad de La Rioja, Spain
-
2
Universidad de La Rioja
info
ISSN: 0034-8570
Year of publication: 2010
Volume: 46
Issue: 4
Pages: 308-319
Type: Article
More publications in: Revista de metalurgia
Abstract
En este artículo se describe una nueva metodología para simular el proceso de enfriamiento de un rail asimétrico Ri60, diseñado para tranvías, de una forma mucho más realista que lo realizado hasta ahora para perfiles largos de acero. La propuesta considera los efectos de la transformación de fases del acero y el enfriamiento por convección forzada. El proceso es simulado como un proceso termo-mecánico desacoplado. Primero, las curvas de enfriamiento del rail son obtenidas a partir de un modelo basado en dinámica de fluidos computacional y posteriormente introducidas en el modelo de elementos finitos para calcular las tensiones y desplazamientos. En esta segunda fase se calcula, para cada elemento finito y en cada iteración, el coeficiente de dilatación térmica lineal según el diagrama de curvas de enfriamiento continuo. Estos resultados permiten determinar las tensiones residuales al final del proceso con muy buena fidelidad respecto a los datos experimentales obtenidos en la planta industrial. La metodología permite estudiar con precisión dos tipos de estrategias de enfriamiento del Ri60 y seleccionar la más conveniente.
Bibliographic References
- [1] J. Szalai, Overall sensitivity analysis if hot-rolled beam-columns, in:Metal structures: design, fabrication, economy, Millpress, Rotterdam, 2003.
- [2] O. Orringer, W. Paxont, D. Gray and P. Raj, Int. J. Sci. Tech. Friction, Lubrication and Wear 191 (1996) 25-34.
- [3] J. Ringsberg and T. Lindbäck, Int. J. Fatigue 25 (2003) 547-558. doi:10.1016/S0142-1123(02)00147-0
- [4] J.T. Maximov, T.V. Kuzmanov, A.P. Anchev and M.D. Ichkova, J. Mater. Process. Technol. 171 (2006) 459-466. doi:10.1016/j.jmatprotec.2005.08.016
- [5] S. Serajzadeh and S.M.H. Mirbagheri, Ironmaking Steelmaking 35 (2008) 115-123. doi:10.1179/030192307X233449
- [6] J.B. Ordieres, A.G.Marcos, J.A. González and V.L. Rubio, Ironmaking Steelmaking 31 (2004) 43-50. doi:10.1179/030192304225012060
- [7] J.B. Ordieres, V. Torre-Suárez, A.V. Pernía-Espinoza and A. González-Marcos, Rev.Metal. Madrid 44 (2008) 29-38.
- [8] P.J.Webster, X.Wang and G.Mills, Proc. NATO Advanced Research Workshop on Measurement of Residual Stress using Neutron Diffraction, Oxford, Kluwer Academic Publishers, 1992, 517-524.
- [9] E. Ardelean, M. Ardelean, A. Socalici and T. Heput, Rev.Metal.Madrid 43 (2007) 181-187.
- [10] A. Ramírez, A. Mosqueda, V. Sauce, R. Morales, A. Ramos and G. Solorio, Rev.Metal. Madrid 42 (2006) 209-215.
- [11] P. Besuner, Fracture mechanics analysis of rail with shell-initiated transverse crack, Rail Steels-Developments, Processing and Use, ASTM STP 644, 1978, pp. 303-329.
- [12] O. Orringer, Crack propagation life of detail fracture in rails, Volpe National Transportation System Center, report no. DOT/FRA/ORD-88/13, October, 1988.
- [13] H. Yoshida, Trans. ISIJ 24 (1984) 401-407.
- [14] M. Abouaf, J.L. Chenot and J.L.Marcelin, Int. J. Num. Meth. Eng. 19 (1983) 1453-1465. doi:10.1002/nme.1620191004
- [15] J.L. Marcelin, M. Abouaf and J.L. Chenot, Comp.Meth. Appl.Mech. Eng. 56 (1986) 1-16. doi:10.1016/0045-7825(86)90133-7
- [16] O. Zienkiewicz, S. Valliapan and I. King, Int. J. Num. Meth. Eng 1 (1969) 75-100. doi:10.1002/nme.1620010107
- [17] G. Comini, S.Del Guidice, R. Lewis and O. Zienkiewicz, Int. J. Num. Meth. Eng. 8 (1974) 613-624. doi:10.1002/nme.1620080314
- [18] F.D. Fischer, E. Hinteregger and F.G. Rammerstorfer, A computational study of the residual stress distribution in thermally loaded beams of cross-section on frictional support, in: Non-linear Comp.Mechanics, State of the Art, Springer, Berlin, 1991, pp. 737-750.
- [19] J. Basu, S.L. Srimani and D.S. Gupta, J. Strain Analysis Eng. Design 39 (2004) 15-24.
- [20] I.I. Boyadjiev, P.F. Thomson And Y.C. Lam, J. Mat. Process. Tech. 147 (2004) 268-275. doi:10.1016/j.jmatprotec.2004.01.008
- [21] Fluent® User’s guide, version 6.3, Fluent Incorporated, 2006.
- [22] I.I. Boyadjiev, P.F. Thomson and Y.C. Lam, ISIJ Int. 36 (1996) 1413-1419. doi:10.2355/isijinternational.36.1413
- [23] S. Kamamoto, T. Nishimori and S. Kinoshita, Mater. Sci. Technol. 1 (1985) 798-804.
- [24] E. Fink and K. Pratt, DataMining In Time Series Databases M. Last, A. Kandel, and H. Bunke (Eds.), 2004, pp. 43-64,World Scientic. doi:10.1142/9789812565402_0003
- [25] Abaqus Analysis User’s Manual version 6.7, 2005.