מבוא: הביקושים של רכבת מהירה גבוהה על חומרי תשתיות

מערכות רכבת מהירות גבוהה (HSR) פועלות במהירויות מעל 250 ק"מ /h, עם כמה קווים מגיעים 350 ק"מ / שעה במהירויות אלה, האינטראקציה בין מלאי מתגלגל לבין תשתיות מייצרת כוחות דינמיים הרבה יותר מאשר אלה נתקלו ברכיבי רכבת קונבנציונליים, גשרים מבנים ומערכות תמיכה חייב לסבול השפעות גבוהות של עומס גבוה, התרחבות תרמית וחשיפה סביבתית תוך שמירה על סובלנות מדויקת בין התכונות החומריות השולטות תחת תנאים דרמטיים אלה: 0.

יסודות של אסטנסיות בחומרי הנדסה

(א) המתבטאת כיכולת של חומר מוצק לעבור עיוות בלתי הפיך תחת לחץ יישומי.כאשר כוח מוחל, אטומים או מולקולות בחומר נעקרו מעמדות שיווי משקל שלהם; על הסרת העומס, כוחות ההחזר הפנימי להחזיר את המבנה לתצורה המקורית שלו.היחסים בין לחץ ( ⁇ ) לבין זנים (ε) באזור אלסטיים רבים הנדסה, המתוארים על ידי חוק ההשחזור הפנימי: גמישות מקסימלית של EifF היא רק אמצעית (DVi) אך ורק מדדיטיסה) ו-iF (אך ורק מדדיטיסה) של חומר גמישה) הוא אמצעית (אך ורק מדדי) הוא גמישה) אך ורק לדרגה נמוכה יותר, אך ורק לדרגה נמוכה יותר, אך ורק ל- ELTF) הוא אמצעי זהירות (אך ורק לדרגה נמוכה יותר, אך ורק לדרגה נמוכה יותר, אך ורק לדרגה גבוהה יותר, אך ורק לדרגה גבוהה יותר, כאשר הוא אמצעי זהירות (R.

ביישומים מהירים, רכיבים נתונים לעומסים מחזוריים שיכולים להגיע למיליוני מחזורים בשנה.גם אם לחצים בודדים נשארים מתחת למגבלת הגמישות, ההשפעה המצטברת של טעינה חוזרת עלולה להוביל לכישלון עייפות.לכן, חומרים חייבים לשלב גבול גמיש מספיק עם קשיחות נאותה כדי לעמוד בפני רכיבי קידוד, בנוסף, ה-FLT:0hysteresisphsFLT:1 של חומרים - מעקב אנרגיה - כמו ירידה יעילה ולהפחית את ה-Hygiclytecting באופן כללי, אך באופן כללי, כמו מתחמיציבית.

אסטנסיות ב- Key High-Speed Rail Infrastructure Components

הביצועים של כל מרכיב מרכזי במערכת HSR מושפעת מההתנהגות האלסטית של החומרים שמהם הוא עשוי.למטה אנו בודקים את האלמנטים הקריטיים ביותר.

רכבת

הרכבות הן האלמנטים העיקריים של עומס, משדרות כוחות גלגל למבנה התמיכה המודרני.הם בדרך כלל עשויים פלדה פחמן גבוהה עם מודולו של יאנג סביב 210 GPa, המספק נוקשות גבוהה כדי לשמור על רוחב מד ומתנגדים לנפיחות תחת עומסים כבדים של גיאומטריה נוקשה מדי, אך גמישות חשובה באותה מידה במדד של מסילות רכבת תחתית:0head ו- InternetLTFal Senseer 1:1, לעומת זאת, מלחץ מתכתי חום, כמו גם כן, יכול להיות יעיל מדי, כמו גם על ידי לחץ דם גמישים).

מערכות רכבת ומהירות

בין הרכבת לבין הסנדנר (או מסלול סלאב), כריות ממושכות מותקנות לספק גמישות.

  • הם (FLT:0) , 000 טטוט רטט רטט 1 והשפעה עומסים מרכבות, צמצום הכוחות הדינמיים על מבנה המסלול.
  • הם מאפשרים השתקפות אנכית ומאוחר יותר של הרכבת, לתרום ל-FLT:0 ,ride נחמה 1 והורדת פליטות רעש.
  • הם שומרים על כוח קלמפגן עקבי ממערכת ההדקה, מונעים מרכבת הרים.

המודולים האלגנטיים של כריות רכבת מפורטים בקפידה - באופן חד-משמעי בטווח של 50-150 MPa עבור קווי מהירות גבוהה. פאות עם נוקשות נמוכה מדי לגרום לעקירה מופרזת ואובדן של גיאומטריה; כריות כי הם נוקשים מדי להעביר רטטים גבוהים מדי לרקב הבטון קונקרטי, דרישות תחזוקה מוגברת.התקדמות בנוסחאות בנוסחאות מורכבות עכשיו מאפשרות "כוונון" גמישות נשאר עקבית על פני טווח רחב ( ° C) מ- 30 עד C60 ל- C.

« בולסט ו-Slab Trackbeds

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גשרים ו-Viaducts

(בסעיפים גבוהים, מבני הגשר חייבים להכיל הרחבה תרמית, סטיות המונעות מרכבת, ותנועות סיסמיות ללא הישורות גמישות.FLT:0elasticity של חומרי הגשר 1 - בין אם פלדה, בטון או מורכב - קובע את גודל הדה-הטיה תחת עומס חי.

Overhead Catenary Wire (OCS)

חוט מגע מעל פני השטח המספק כוח לרכבת חייב לשמור על מתח קבוע וגובה כדי להבטיח איסוף אמין במהירויות מעל 250 ק"מ / שעה, החוט הוא בדרך כלל עשוי נחושת או נחושת-כלוי עם מודלוס של יאנג של - 110 GPa. עם זאת, מהירות גמישה:0elaic מתח מערכת הפעלה מהירה של ריצוף 1 (לעתים קרובות באמצעות משקולות או מעיינות) מסתמכת על גמישות של מבנים גמישים, מונעים על מהירות גל סגסוגת זו, בדרך כלל, מונעים על ידי מהירות גל מתכת גבוהה.

מחקרים: אסטאליות בפעולה

שתי דוגמאות בעולם האמיתי ממחישות את החשיבות הקריטית של גמישות חומרית בתשתיות HSR.

יפן: מערכות תמיכה במסלול

רשת Shinkansen, הפועלת מאז 1964, עברה זיכוך מתמשך של גמישות המסלולים.התחילה נבנה על מסלול מלוטש, המערכת חווה עלויות תחזוקה גבוהות עקב ההידרדרות של כדור מתחת ל- 210 ק"מ / שעה תפעול, החל משנות ה-70 והלאה, יפן אימצה מסלול עם מהירויות בטון מתוחכמות של 50 ק"מ עד כה, לעומת 50 שנות אימון קבועות (FLT:0) בהשוואה ל-FLT2, 000 מ"מ"מ"מ, לעומת 50 שנה של מהירויות קבועות קבועות (מ) של מהירויות קבועות) מחוספסת של טמפרטורות מתכתיות קבועות (מ"מ"מ"מ"מ- 50 עד 50 עד 50 עד 50) מ"מ) מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ) בהשוואה ל-Fed) בהשוואה ל-מ-FLT) בהשוואה ל-FLT) מ-FLT) בהשוואה ל-מ-FLT) מחוספסד קבועות קבועות קבועות של מהירויות קבועות של מהירויות של מהירויות של 50 עד 50 עד 50 עד 50 עד 50 שנים של מהירויות קבועות של מהירויות קבועות קבועות של מהירויות של

אנגלית TGV: The Role of Rail Padisticity

על קו LGV סוד-Est, ניסויים ראשוניים בשנות ה-80 השתמשו כריות רכבת נוקשה אשר העבירו תנודות גבוהות לנרדמים קונקרטיים, המוביל לפצח מוקדם לאחר בדיקות נרחבות, SNCF אימצה משטח רך יותר עם נוקשות דינמית של 120 מ"ר / m (הפחתה של 40% בנוקשות) התוצאה הייתה ירידה של 15% בעלויות תחזוקה ושיפור משמעותי בריצה: 0 גרם מדרגות זה היה גם כן, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, ירידה של 300 ק"מ"מ"מ- 1.

אתגרים בשמירת הביצועים של אלסטיאן לאורך זמן

אפילו החומרים האלסטיים המעוצבים ביותר מתפוגגים תחת ההשפעות המשולבות של טעינה מחזורית, קיצוניות טמפרטורה וחשיפה סביבתית.

  • (FLT:0Creep: FLT:1 קונסטנטין preload in Rail כריות ונושאות יכול לגרום עיוות קבוע (creep) לאורך שנים, צמצום קשיחות יעילה ולשנות גיאומטריה המסלול. for elastomers, עלייה בטמפרטורות גבוהות יותר; עלייה של 10 מעלות צלזיוס יכולה להכפיל את העיוות.
  • (FLT:0)Fatigue: FLT:1 חוזר על עיוות אלסטי ברמות לחץ גבוהות מוביל לחניכה מיקרו-קרקטיבית במרכיבים פלדה ופולימרים.עבור פלדה, הגבול האלסטי הוא בדרך כלל 600-800 MPa, אבל פגמים על פני השטח יכולים לגרום לריכוזים כי על פני השטח הזה באופן מקומי, וכתוצאה מכך עייפות מגע מתגלגל (RCFlastity בלבד לא יכול למנוע RCF; אמצעים משלימים כמו שחיקה ונדרש.
  • (FLT:0) רגישות רבה:FLT:1, חומרים אלסטומריים רבים יש תלות משמעותית של Modulus על טמפרטורה.לדוגמה, נוקשות גומי טבעי יכול לרדת ב-50% בין -20 מעלות צלזיוס ו +40 ° C. מפעילי HSR מציינים "רגישות טמפרטורה נמוכה" כי שמירה על גמישות בתוך ± 10% מעל טווח התפעולי.
  • (FLT:0) אוקסידטיבי אגינג: 1FLT:1 ערכות גומי ועמודים חשופים לאור UV ואוזון עובר סדק משטח המפחית ביצועים גמישים תוך הגדלת הנוקשות. נוגדי חמצון מתקדמים וציפוי מגן יכולים להאריך את חיי השירות ל-50 שנים, אך בדיקה תקופתית והחלפתם הכרחית.

המונחים: Advancedistic Materials and Design

המחקר דוחף את הגבולות של הנדסה גמישה עבור HSR, תוך התמקדות בשלושה תחומים עיקריים.

אינסוף חכם עם רגישות הסתגלות

מגנטים-rheological ואלקטרו-רזהולוגיים elastomers יכולים לשנות את המודולולים שלהם בתגובה לשדה מגנטי או חשמלי יישומי.חומרים כאלה יכולים להשתלב בתוך צינורות רכבת כדי לכוון באופן פעיל נוקשות על בסיס מהירות רכבת, עומס אקסקלי, או טמפרטורה מכוננת. Prototype מעמודי מעבדה שפותחו על ידי מעבדת הבדיקות הדינמיות ב TU Berlin הראו שינוי 30% בנוקשות, למרות שעדיין לא מוכחת בתנאי שדה.

חומרים משותפים עם הנדסת אסטיסטאלי Anisotropy

(החומרים) המחזקים את פולימר (CFRP) מציעים את היכולת להתאים תכונות גמישות בכיוונים שונים.לדוגמה, ניתן לתכנן את ה-CRP נוקשה באופן אנכי (לתמוך במסילות הרכבת) אך גמיש מאוחר יותר (לאפשר הרחבה תרמית ללא גרימת מעקב אחר buckling).

מודלים לחיזוי החיים של אסטאלי

מודלים של יסוד פינטאלי המשלבים התנהגות מולסטית, תלות בטמפרטורה, והשפל המחזורי עכשיו מאפשרים למהנדסים לחזות את החיים של רכיבים גמישים עם דיוק גובר.כפיל מודלים אלה עם FLT:0field ניטור נתונים מ- 1 מתוך סיבים אופטיים מותאמים בעקביות מאפשר תחזוקה חיזויית - הצבת חפיפות רכבת או ערכות לפני שתכונותיהם ייפולו מתחת לפרטי, במקום לוח זמנים קבוע של האיחוד האירופי (UD) הוא איטי (UD) תחת קווי רכבת תחתית (UD) תחת מצופה משיטות רכבת תחתית (Ricial) תחת קווי רכבת (UD2 (Ricial) תחת קווי רכבת תחתית:

מסקנה

אלסטיליות היא לא רק נכס פסיבי של חומרי תשתית HSR; זה פרמטר עיצוב פעיל השולט ביצועים דינמיים, רכיבה על איכות, ועלויות ארוכות טווח.מבחירה בקנה מידה מיקרו-מידה של הרכב פלדה בתוך הרכבות לתכנון בקנה מידה מאקרו של נושאים אלסטומריים על גשרים, כל החלטה משפיעה על האופן שבו כוחות זורמים דרך המערכת.