22180

بررسي اندركنش ديناميكي چرخ و ريل با استفاده از مدل ضربه- تماس

دكتري تخصصي

خط و سازه‌هاي ريلي

1398/9/19

دكتر جبارعلي ذاكري

راه‌آهن

در نظر گرفتن اندركنش ديناميكي چرخ و ريل به منظور تعيين نيروهاي تماسي و تخمين صحيح پاسخ هاي ديناميكي خط و قطار، از مواردي است كه در تحليل ديناميكي خط و قطار مورد توجه قرار گرفته است. در ناهمواريهاي با طول موج كوتاه و يا در مواردي كه ناپيوستگي از قبيل درزها، شكستگي ريل و .... وجود داشته باشد استفاده از تئوري هاي تماسي متداول امكان پذير نبوده و در نظر گرفتن اثر ضربه در اندركنش ديناميكي چرخ و ريل ضروري مي باشد. دراين پژوهش با ارئه يك مدل سه بعدي از چرخ و ريل به بررسي اندركنش ديناميكي چرخ و ريل در مجاورت شكستگي ريل ، نيروهاي تماسي بين چرخ و ريل و نيروهاي ايجاد شده در اجزا خط پرداخته مي شود. مدل سازي عددي مساله اندركنش خط و قطار در ناحيه ريل شكسته با استفاده از نرم فزار جزء محدود Abaqus صورت مي پذيرد. اعتبار سنجي مدل عددي با استفاده از مقايسه نتايج با مراجع معتبر و نتايج تست ميداني صورت گرفته است. نتايج بدست آمده نشان مي دهد مدل عددي مي تواند تخمين قابل قبولي از نيروهاي ضربه داشته باشد. به منظور تعيين اثر پارامترهاي خط، ناوگان و شرايط شكستگي بر نيروهاي ضربه-تماس، اثر مشخصات لايه بالشتك و بالاست، فاصله تراورس ها، اثر مدل رفتاري مصالح، سرعت عبوري، بار محوري،قطر چرخ، موقعيت شكستگي ريل بين دو تراورس، اثر استفاده از وصله ريل در شرايط تعمير موقت و ....مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد سرعت مهمترين پارامتر ناوگان در نيروهاي ضربه وارده به ريل بوده و با افزايش سرعت نيروهاي ضربه بطور قابل ملاحظه اي افزايش مي يابد. با افزايش بار محوري نيز نيروهاي ضربه افزايش يافته در حاليكه ضريب افزايش ديناميكي كاهش مي يابد. همچنين سختي بالاست مهمترين پارامتر تاثير گذار خط مي باشد كه با افزايش آن نيروهاي ضربه كاهش مي يابد. بر اساس نتايج بدست امده عدم در نظر گرفتن رفتار غير خطي بالشتك بخصوص در بالشتكهاي نرم منجر به تخمين كمتري از نيروهاي ضربه نسبت به رفتار واقعي خط مي گردد. علاوه بر اين نتايج نشان مي دهد كه در موقعيت شكستگي ريل در وسط فاصله تراورس ها، نيروهاي ضربه نسبت به موقعيت شكستگي در بر تراورس به نصف كاهش مي يابد. كاهش سرعت عبوري، كاهش فاصله تراورس ها، قرارگيري شكستگي در وسط دو تراورس و استفاده از وصله ريل منجر به كاهش طول جدايش چرخ و ريل و خطر خروج از خط مي گردد.

1399/05/27

Investigation on wheel/rail dynamic interaction employing contact-impact model

12/10/2022 12:00:00 AM

Due to an increasing trend in higher axle loads and operational speeds, employing numerical models for estimation of dynamic response of track and a reliable estimate of forces in superstructure elements are of great importance. In cases with short wave-length irregularities or rail discontinuities such as corrugations, rail joints and broken rails, contact-impact forces will be generated due to wheel passing over these irregularities. So, common wheel-rail contact theories are not applicable and it’s important to consider contact-impact forces in numerical models. A3D finite element model using Abaqus FE package has been employed in this study to investigate the effect of train and track characteristics on contact-impact forces in the vicinity of rail breakage as well as dynamic forces at railpad and ballast which are important elements in track's superstructure, and constitute largely to the costs of track maintenance. Numerical model has been verified by results of field test carried out by passing over a rail discontinuity which has been made by separating fish plates at a rail joint. It has been shown that numerical results have an acceptable agreement with experimental results. The effect of some train and track parameters and broken rail condition such as train speed, gap length, axle load, railpad and ballast characteristics, non-linear behavior of materials, rail breakage location, temporary repair of broken rail and sleeper spacing on track forces has been investigated by numerical model. Results suggest that increasing train speed from 60 km/h to 110 km/h would increase dynamic impact factor from 2.46 to 4.11. Increasing axle load results in an increase in impact forces between rail and wheel and forces in railpad and ballast, while dynamic impact factor is reduced. Investigating of track parameters effect demonstrate that ballast stiffness is most important characteristic of track which has a reverse effect on dynamic impact forces. It is concluded that for pads-particularly soft pads-linear model estimates forces that are comparably less than those estimated by non-linear model. Moreover decreasing unloading length and consequently derailment risk of train could be occurred by decreasing of sleeper spacing, locating of rail breakage at the middle of two adjacent sleepers and temporary repair of broken rail.