鉄道用レールの疲労損傷の破壊力学的解析(III)－レールの転動疲労亀裂の進展

摘要

ハットフィールドの鉄道脱線事故の原因となったレール頭頂部に発生した転動疲労亀裂の進展状況が明らかにされた．前報では転動接触部の接触応力の解析手法を説明し，それから導かれる転動接触疲労の発生限界線図を述べた．本報では，転動面に発生した疲労亀裂の停留·分岐·進展に及ぼすレールの潤滑による液圧，曲げ応力，残留応力の影響の解析手法とその結果について述べる．接触応力によってレール頭部表面に浅い角度で発生した亀裂は，亀裂内に侵入した液圧によって深さ7～10mm程度まで進展し，以後レールの曲げ応力と残留応力の影響によって分岐·進展する．レール表面に向かって分岐する亀裂は表面とほぼ60～70度の角度で進展して剥離し，Flakingやsquatsとなる．下方に分岐する亀裂は表面から約60～70度の角度で進展するか，または曲げ応力や残留応力の大きさによっては停留する．