Ett fysikaliskt baserat ramverk för att förutse nedbrytning av ballast
Föreslår ett fysikaliskt baserat ramverk för att förutsäga nedbrytning av ballast.
Mål
Ett fysikaliskt baserat ramverk för att förutsäga nedbrytning av ballast.
Projektstatus och resultat
Ballastlagret har en viktig roll i överföringen av stress från tågpassage på rälsen till formationen och dess nedbrytningshastighet påverkar urspårningsrisken som kontrolleras med underhåll av spåret. Nedbrytningen är en funktion av parametrar som ballastpartiklarnas egenskaper, väderförhållanden, underliggande ballast, underbyggnad och underliggande markförhållanden, belastningsförhållanden som är en funktion av tågets hastighet och axellast samt vissa andra parametrar. Både datadrivna metoder och fysikbaserade metoder används för att förutsäga ballastens nedbrytning. I detta projekt har fysikbaserade metoder valts för att simulera nedbrytning av ballast.
Finita elementmetoden har använts i stor utsträckning för att modellera ballastdomänen, men med förbättrad beräkningskraft blir diskreta elementmetoden mer populär. Ballast är en granulär domän och med DEM kan vi övervaka mikrodynamiken hos partiklarna och icke-homogena domänegenskaper som styvhet, töjning och dämpningsförhållande.
I det här projektet användes programvaran PFC (Itasca Consulting Group, n.d.) för att utföra simuleringarna. I det första steget förbättrades simuleringsresultaten från tidigare publicerad litteratur genom att ändra kontaktmodellen från Linear Parallel Bond till Hysteretic-modellen och dess parametrar. En känslighetsanalys visade att vi kunde använda 3 olika dämpningsformuleringar som finns i PFC-programvaran i simuleringen. Resultaten från denna studie kommer snart att publiceras.
För att förbättra kunskapen om de fysiska fenomenen vid nedbrytning av ballast i form av slipersättning och partikelbrott, genomfördes 3 tester i LTU:s konstruktionslaboratorium med samma material, partikelstorleksfördelning och belastningsprofil för att användas för den andra uppsättningen simuleringar med PFC. I det experimentella testet sattes belastningsfrekvensen till 8 HZ baserat på apparatens egenskaper och för att simulera nedbrytningen under 100 000 belastningscykler valdes 2D-simuleringen för att utföra parameterstudien och förbättra brottsimuleringen.
Sponsor: Trafikverket/JVTC
Forskare: Elahe Talebiahooie (doktorand), Matti Rantatalo (PL)
Varaktighet: 2017-2022
Referenser
Chen, Cheng, Buddhima Indraratna, Glenn McDowell och Cholachat Rujikiatkamjorn. 2015. "Diskret elementmodellering av lateral förskjutning av en granulär enhet under cyklisk belastning." Computers and Geotechnics 69: 474-84. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2015.06.006.
Indraratna, Buddhima, Syed Khaja Karimullah Hussaini och J. S. Vinod. 2013. "The Lateral Displacement Response of Geogrid-Reinforced Ballast under Cyclic Loading." Geotextiles and Geomembranes. https://doi.org/10.1016/j.geotexmem.2013.07.007.
Itasca Consulting Group, Inc. n.d. "PFC - Particle Flow Code". Minneapolis: Itasca.
Uppdaterad: