16695

نقد و بررسي استفاده از متامتريال‌هاي لرزه‌اي در كاهش ارتعاشات ريلي

1401

دكتر سيد جواد ميرمحمد صادقي

با توجه به توسعه و افزايش خطوط ريلي به‌خصوص خطوط پرسرعت، مسئله انتشار امواج و ارتعاشات ناشي از حركت ناوگان ريلي به يكي از چالش‌هاي اساسي مهندسي راه‌آهن تبديل شده است. اين موضوع از يك طرف مسئله بهره‌برداري از خطوط ريلي را به سبب ايجاد آزردگي در ساكنين مناطق مسكوني، بروز آسيب‌هاي احتمالي در سازه‌هاي اطراف و اختلال در عملكرد تجهيزات حساس به لرزش تحت تاثير قرار داده و از طرف ديگر موجب تسريع روند خرابي اجزاي خط و ابنيه فني شده و هزينه‌هاي تعمير و نگهداري را افزايش مي‌دهد. بر همين اساس در سال‌هاي اخير روش‌هاي متعددي براي كاهش ارتعاشات ناشي از حركت ناوگان ريلي پيشنهاد شده است. مبناي تمام اين روش‌ها را مي‌توان به اين صورت خلاصه كرد كه با اعمال تغييرات و تمهيداتي در منبع، مسير يا دريافت‌كننده ارتعاش، از ميزان آن كاسته مي‌شود. يكي از راهكارهاي كاهش ارتعاشات در مسير، استفاده از متامتريال‌هاي لرزه‌اي است كه قابليت كاهش انرژي موج عبوري و از بين بردن اثرات خطرناك امواج بر روي سازه‌ها را دارند. اين ساختارها بر اساس سازوكارها، چيدمان، ابعاد و مصالح مختلف طراحي شده و مي‌توانند براي بازه فركانسي ارتعاشات ريلي تنظيم شوند. در اين پژوهش، مروري كلي بر پيشينه و انگيزه استفاده از متامتريال‌ها، تعاريف كلي مربوط به آنها و ساير سيستم‌هاي كاهندگي ارتعاشات صورت گرفته است. در ادامه، به صورت مختصر، تئوري‌ها و روش‌هاي تحليل اين ساختارها بيان شده و سازوكارهاي عملكردي برگ، رزونانس محلي و تقويت اينرسي تعريف شده‌اند. سپس مطابق با هر مكانيزم، متامتريال‌هاي لرزه‌اي ارائه شده كه توانايي فيلتر كردن امواج سطحي يا كاهش ارتعاشات ريلي را دارند، مرور شده‌اند. همچنين ساختارهاي ارائه شده مربوط به استراتژي‌ها و راهكارهاي بهبود دهنده مكانيزم برگ و رزونانس محلي مطالعه گشته‌اند. در نهايت با مقايسه كلي بين ساختارهاي مختلف و بيان محدوديت‌هاي آنها، مواردي كه براي طراحي يك متامريال لرزه‌اي قابل‌قبول نياز است، بيان شده و طرح يك فراماده لرزه‌اي ذكر گرديده است. در اين راستا، مشخص گرديد كه براي دستيابي به باند توقف در فركانس‌هاي پايين با استفاده از مكانيزم برگ، به مصالح با چگالي بالا و يا ساختار با ثابت تناوب بزرگ لازم است. در عوض، استفاده از مكانيزم رزونانس محلي ساختارهايي با ثوابت تناوب كوچكتر از طول موج ورودي را مقدور ساخته و مي‌تواند ساختارهايي با ابعاد كوچك‌تر نسبت مكانيزم برگ ارائه دهد. همچنين، با استفاده از مكانيزم تقويت اينرسي مي‌توان علاوه بر توليد باند توقف در فركانس‌هاي پايين، عرض باند توقف را نيز افزايش داد. شايان ذكر است كه در كاهش ارتعاشات ريلي، متامتريال‌هاي لرزه‌اي مي‌توانند در فركانس‌هاي مشخصي، شتاب طولي، جانبي و قائم را به ترتيب تا 14.9، 15 و 18 دسي‌بل نيز كاهش دهند.

5/18/2024 12:00:00 AM

89277

1404/10/14

An investigation of seismic metamaterials in the mitigation of railway-induced vibrations

متامتريال‌هاي لرزه‌اي , دست‌كاري موج، امواج سطحي , امواج سطحي , ارتعاشات ريلي , كاهش ارتعاشات

Seismic Metamaterials , Wave Manipulation , Surface Waves , Railway-induced Vibrations , Vibration Mitigation