A cikk szerzője:

Németh Attila okleveles infrastruktúra-építőmérnök
Széchenyi István Egyetem

Dr. Major Zoltán egyetemi adjunktus
Széchenyi István Egyetem, Győr

Dr. habil. Fischer Szabolcs egyetemi tanár
Széchenyi István Egyetem, Győr

A polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínkötések (3. rész) – Véges elemes modellezések

A Sínek Világa folyóiratban megjelent korábbi, 2016-os [1] és 2018-as [2] cikkeinkben már tárgyaltuk a polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínillesztések laboratóriumi és vasúti pályás vizsgálatait. Jelen cikkünkben a laboratóriumi méréssorozataink eredményeit alapul véve egy kalibrált-validált véges elemes modellt (FEM-modell) mutatunk be, amely alkalmas nem kizárólag kéttámaszú, hanem folytatólagos, többtámaszú, kétdimenziós gerendaként figyelembe vett rugalmas-süllyedő alátámasztású vasúti vágányok alakváltozásainak – valamint igénybevételeinek és feszültségeinek – kalkulációjára is.

A PK hevederes ragasztás nélküli sínillesztések esetén 1000 kNm/rad körüli merevségeket lehetett kalkulálni a mérések alapján. A 7. ábrán szemléltetjük az L=600 mm támaszközű esetre, a 100…30 000 kNm/ rad tartományra a megfelelő pontossággal használható regressziós függvényt (az ábrán feltüntetett 5-öd fokú polinomiális regressziós függvénynél szükség van a 10 tizedesjegy pontosságú számításra a 10–2 mm végeredményben lévő pontosság elérése miatt). Az összes esetre terjedelmi korlátok miatt nincs lehetőség publikálni a korrelációs függvényeket, ellenben az egyik publikált cikkünkben részletesen olvashatók ezek az eredmények is [3].

7. ábra. A függőleges lehajlás paraméter 10-es alapú logaritmusának változása a félmerev csukló elfordulási merevsége 10-es alapú logaritmusának függvényében, 60-as sínrendszer és L=600 mm támaszköz esetében, αsrh=100…30 000 kNm/rad intervallumban

Vágánymodell felépítése során kapott paraméterek és eredmények

A már bemutatott kalibrált, validált FEM-modellel további véges elemes kalkulációkat végeztünk. 30 méter hosszú vágánymodellt építettünk – a modell közepén a hevederes ragasztott-szigetelt sínillesztéssel – 60E1-es sínrendszerrel – 60 cm-es keresztalj-távolsággal, LW-aljakat feltételezve (300×950 mm-es hatékony félalj-hosszat számításba véve), amire LM71 jelű terhelést (4×250 kN koncentrált erő – tengelyterhelés – 1,6-1,6 m-es távolságra egymástól) helyeztünk el olyan módon, hogy a ragasztott-szigetelt sínillesztésnél keletkezzen a legnagyobb igénybevétel és a maximális alakváltozás. A vágánymodell egyetlen sínszálat tartalmazott (Zimmermann-módszer szerint). A számításokat elvégeztük egyetlen koncentrált erővel (az LM71-ből 1×250 kN tengelyterhelés figyelembevételével), va­la­mint tehercsoporttal is (LM71-ből a 4×250 kN-nal). A számításba vett dinamikus kerékterhelést a Zimmermann–Eisenmann-féle kalkulációs módszer szerint számítottuk (t=3, n=0,1 és V=160 km/h sebességértékekre kalkulálva, lásd fenn a képletet):


ahol
Kdin – a dinamikus kerékterhelés,
Fstat – a statikus tengelyterhelés,
5/9 – a vétlen külpontosság miatti szorzótényező (azt jelenti, hogy az egy tengelyen belüli két kerék között nem 1:1 arányban, hanem 4:5 arányban oszlik meg a terhelés),
t- – Student-féle eloszlási tényező, 99,7%-os megbízhatósághoz tartozó paraméter; pályaszerkezet-méretezések esetén 3-as értékkel szükséges számolni,
n – a pálya állapotától függő tényező, 0,1-et vettünk figyelembe, ami a nagyon jó/jó állapotú pályára jellemző érték,
ϕ – sebességi tényező,
V – pályasebesség km/h dimenzióban.
A (2) egyenlet alapján a kalkulációkhoz használt dinamikus kerékterhelés értéke 210,307 kN.
A véges elemes számításoknál az alábbi paramétereket vettük figyelembe a fentieken kívül:
– C=0,05 N/mm3, C=0,10 N/mm3 és C=0,20 N/mm3 keresztaljágyazási tényezők,
 háromféle alátámasztási eset:

  • minden alj felfekszik,
  • az illesztési aljak vaksüppedésesek, azaz esetükben C=0 N/mm3,
  • az illesztési aljak ágyazatragasztással stabilizáltak, esetünkben C=0,25 N/mm3,

– PK hevederes ragasztott-szigetelt sínillesztés (αsrh paraméterek az 1. táblázatból, átlagértékek), acélhevederes (MTH-P) sínillesztés (αsrh paraméterek: 3,1 millió fárasztási ciklusra 8775 kNm/rad, 3,5 millió fárasztási ciklusra 8000 kNm/rad), valamint sínillesztés nélküli eset (αsrh=∞) számítása.

8. ábra. A PK hevederes ragasztott-szigetelt sínillesztéses – keresztaljas alátámasztásokat is figyelembe vevő – vágánymodell, V=160 km/h, C=0,10 N/mm3, LM71-es tehercsoport (dinamikus kerékterheléssel) és a fárasztás előtti állapot figyelembevételével (αsrh=7978 kNm/rad)
A 8. ábrán mintaként bemutatunk egy keresztaljas alátámasztásokat is figyelembe vevő vágánymodellt az Axis VM szoftverből.
Az eredményeket a 6–8. táblázatokban adtuk meg. Minden C esetén feltüntettük (külön bontva az egyetlen koncentrált terheléses és a tehercsoportos esetekre is) a sínillesztés nélkül kapott maximális függőleges sínsüllyedéshez viszonyítva a százalékos arányokat. Ezek arra utalnak, hogy hányszorosa lesz/lenne a sín függőleges lehajlása, amennyiben különböző típusú és terhelési állapotú (terhelési ciklusszámtól függő) ragasztott-szigetelt hevederes sínillesztés kerül a vágányba, valamint az átgördült tengelyek hatására mennyivel nő a kezdeti deformáció. Ez utóbbit főként a PK hevederes esetre tudtuk pontosabban megadni.

A cikk folytatódik, lapozás:« Előző123456Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] Németh A, Fischer Sz. A polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínkötések (1. rész) – Laboratóriumi vizsgálatok. Sínek Világa 2016;6:2-6.
  • [2] Németh A, Fischer Sz. A polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínkötések (2. rész) – Vasúti pályás vizsgálatok. Sínek Világa 2018;6:12-17.
  • [3] Németh A, Major Z, Fischer Sz. FEM modelling possibilities of glued insulated rail joints for CWR tracks. Acta Technica Jaurinensis 2020;13(1):42-84.
  • [4] Németh A, Fischer Sz. Laboratory test results of glued insulated rail joints assembled with traditional steel and fibre-glass reinforced resin-bonded fishplates. Nauka ta Progres Transportu 2019;81(3):65-86.
  • [5] Németh A, Fekete I, Szalai Sz, Fischer Sz. Supplementary laboratory investigations of modern plastic-polymer fishplates for rail joints. Nauka ta Progres Transportu 2019;84(6):86-102.
  • [6] Németh A, Fischer Sz. Field tests of glued insulated rail joints with usage of special plastic and steel fishplates.
  • Nauka ta Progres Transportu 2019;80(2):60-76.
  • [7] https://www.researchgate.net/profile/Attila_Nemeth6/research
  • [8] https://www.researchgate.net/profile/Szabolcs_Fischer/research
  • [9] https://mmtdi.sze.hu/nemeth-attila
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2020 / 3. számában.
Ha szeretne rendszeresen hozzájutni a legfrisebb számokhoz, fizessen elő a folyóiratra.
A hozzászólások megtekintéséhez vagy új hozzászólás írásához be kell jelentkeznie!
Sínek Világa A Magyar Államvasútak Zrt. pálya és hídszakmai folyóirata
http://www.sinekvilaga.hu | ©