16990

16990

تحليل ارتعاشات ريل و بالشتك‌هاي ريلي ويسكوالاستيك مرتبه كسري در خطوط پرسرعت

كارشناسي ارشد

ماشين‌هاي ريلي

شهريورماه 1395

دكتر داود يونسيان

راه‌آهن

چكيده مدل‌سازي خط راه‌آهن يكي از مهم‌ترين قسمت‌هاي طراحي و تحليل در مهندسي راه‌آهن است. مدل خط يك راه‌آهن مدرن از ريلي ساخته‌شده كه بر روي تراورس ها بسته‌شده و تراورس ها روي بالاست قرار دارند. در مدل‌سازي ديناميكي رفتار خط، مدل ريل و فونداسيون زير آن تحت بار متحرك بسيار اهميت دارد و در بررسي مواردي ازجمله تحليل نويز و ارتعاشات توليدشده، طراحي خط راه‌آهن براي خستگي، آناليز راحتي سفر، طراحي پايداري و امنيت قطار كاربرد دارد. براي شبيه‌سازي ريل از تير اويلر برنولي يا تير تيموشنكو استفاده مي‌شود. در مدل‌سازي فونداسيون زير ريل، مدل دقيق بالشتك ريلي از اهميت زيادي برخوردار است. بالشتك‌هاي ريلي يكي از اعضاي مهم خط هستند كه بر خواص سختي و ميرايي كل خط تحت تأثير مي‌گذارند، بنابراين مدل‌سازي دقيق رفتار بالشتك ريلي از اهميت زيادي برخوردار است. مدل‌هاي مختلفي براي مدل‌سازي رفتار بالشتك ريلي استفاده مي‌شود كه در اين ميان، مدل ويسكوالاستيك مرتبه كسري بهترين پاسخ مخصوصاً در فركانس‌هاي بالا را در پي دارد و در اين پروژه توجه اصلي به استفاده از اين نوع از بالشتك معطوف شده است. در ادامه مدل سازي خط راه آهن انجام شده و معادله حركت حاكم بر آن كه از نوع مرتبه كسري است، استخراج‌شده و با استفاده از روش نيومارك حل‌شده است. براي بيان دقيق‌تر رفتار خط در بارگذاري‌هاي سنگين، يك المان غيرخطي به فونداسيون اضافه‌شده كه در اين قسمت براي اولين بار از تركيب روش نيومارك و روش تجزيه ادوميان براي حل مسئله غيرخطي مرتبه كسري استفاده‌شده است. فشار آكوستيكي در هر نقطه بالاي خط با انتگرال رايلي محاسبه‌شده است. در ادامه به بررسي تأثير پارامترهاي مرتبه كسري، فركانس بارگذاري، سرعت و شرايط بارگذاري پرداخته‌شده است. مشاهده مي‌شود كه پارامترهاي مرتبه كسري قابليت كنترل پاسخ سيستم را دارند؛ جابه‌جايي و تنش بيشترين تأثيرپذيري را از بارگذاري دارند درحالي‌كه فشار آكوستيكي به‌شدت از فركانس بارگذاري و سرعت حركت قطار تأثير مي‌پذيرد. واژه‌هاي كليدي: مدل‌سازي خط راه‌آهن، تحليل ارتعاشات و آكوستيك، بالشتك ريلي مرتبه كسري، محاسبات كسري، روش‌هاي عددي.

1396/01/16

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Railway modeling is one of the most important parts of designing an​d analyzing in railway engineering. A modern railway track is included a rail which is fastened on sleepers an​d the sleepers are located on ballast. In dynamic modeling, the model of rail an​d the foundation subjected to an external force is very important. This modeling is used for analysis of noise an​d vibration, fatigue designing, comfort for passenger, stability, an​d safety. Rail is modeled with Euler Bernoulli o​r Timoshenko beam. In modeling the foundation which is under rail, the accurate model of railpad is a significant problem. Railpad is one of the most important part of track which effects on the stiffness an​d damping of whole track. Therefore, the accurate modeling of railpad is essential. Different models have been suggested in the literature for modeling the railpad. Among the suggested models, the viscoelastic fractional model has the best fitting with experimental data – especially in high frequencies- an​d this study is focused on this type of railpad. In this regard, simulation of railway track is accomplished an​d the governing equation is extracted. The Newmark method is applied for solving the governing equation. In order to the railway track behave more accurate – especially in heavy loading - a nonlinear element is added to foundation an​d the nonlinear fractional differential equation is solve by combining Newmark method an​d Adomian decomposition method for the first time. Then, the acoustical pressure field above the rail is obtained by Rayleigh integral. After that, the effect of fractional parameters, frequency, velocity, an​d loading condition on the response of system are investigated. It is found that the stresses of the system can be control by fractional parameters. Additionally, displacement an​d stress are more affected from loading condition; while, acoustical pressure is remarkably influenced from frequency an​d velocity. Keywords: railway track modeling, acoustical an​d vibration analysis, viscoelastic fractional railpad, fractional calculus, Numerical methods.