A kiöntött síncsatornás felépítmények lényege, hogy a sín szilárd kapcsolószer nélkül, a betonból vagy acélból kialakított nyomcsatornában rugalmas kiöntőanyag beépítésével kapcsolódik a lemezes felépítményhez, ami lehet vasúti híd pályalemeze, előre gyártott útátjáró vasbeton lemeze, alagút talplemeze vagy nagytáblás lemezes felépítmény. Elvi megoldása az 1. ábrán látható.

A végeselemes modellezéshez szükséges és a rendelkezésre álló adatok

A rugalmas síncsatorna kiöntőanyag jel­lem­zőinek meghatározása céljából készített végeselemes modell (VEM) elvégzéséhez szükséges két paraméter a rugalmassági modulus (E), valamint a Poisson-tényező (μ). Sajnos ezek nem elérhetőek minden esetben, vagy ha mégis, akkor is szükség lehet a korrekciójukra. Az eddigi vizsgálataim azt mutatták, hogy a VEM modellek a Poisson-tényező értékére rendkívül érzékenyek. Kis változásuk is jelentős eltérést okoz a sínalátámasztás rugalmassági tényezőjének meghatározásakor.

A gyakorlatban általában elérhető és megbízható adatok az adott geometriájú (a, b, v) próbatesten értelmezett rugóállandó (D), valamint a Shore-A keménység (ShA). Ezek az adatok közvetlenül nem alkalmazhatóak a modell megalkotásához, de alkalmasak arra, hogy hiányzó vagy bizonytalan paraméterek valós értékét, jól közelítő paramétereit határozzuk meg belőlük.

A rugalmassági modulus meghatározása

A rugalmassági modulus értéke közelítőleg a Shore-A keménység alapján határozható meg. Erre zárt formulát közöl Johannes Kunz és Mario Studer [1]. Ők a Boussinesq-féle rugalmas féltér elmélet alapján tettek megállapításokat összhangban a DIN EN ISO 868-cal [2], mely szabályozza a vizsgálati eszköz geometriáját, valamint a vizsgálat egyéb paramétereit. Ők a rugalmassági modulus és a Shore-A keménység között az alábbi összefüggést határozták meg:

ahol:

E: a kiöntőanyag rugalmassági modulusa [N/mm2],
μ: a kiöntőanyag Poisson-tényezője [-],
R: a keménységmérő sugara [mm],
C1, C2: vizsgálati állandók [N],
C3: vizsgálati állandó [mm].

Az állandók értékét a vizsgálati szabvány alapján az 1. táblázat foglalja össze.

A fenti képlet rendkívül jól használható lenne a gyakorlatban, ha nem két ismeretlent tartalmazna. Ez a probléma feloldható azzal az egyszerűsítéssel, hogy a μ helyére 0,5-et helyettesítünk be. Ez a közelítés a mérnöki gyakorlatban általánosan elfogadott az elasztomerek esetében (térfogatállandó anyagok). Az irodalom alapján a képlet 30 és 95 ShA közötti keménységértékek esetén alkalmazható.

A módszert három, kereskedelmi forgalomban is kapható kiöntőanyagra alkalmaztam. Ezeket A, B és C anyagnak ne­vezem, megteremtve ezzel a módszer gyár­tótól és terméktől független bemutatásának lehetőségét. Elvégezve a számításokat, a 2. táblázatban összefoglalt eredményeket nyertem (μ = 0,5 feltételezésével).

Az eredmények még az egyszerűsítés ellenére is jól közelítik a gyártó által megadott értékeket, a módszer eltérése a legrosszabb esetben is csak 5,7%. 

Egyéb szakirodalmi forrásokban grafikonokat találhatunk, melyek a rugalmassági modulus és a keménység közti kapcsolatot szemléltetik. Ezek alkalmazása esetén is kis eltérést tapasztalhatunk a gyártói, valamint a leolvasott értékek között. Ilyen grafikont szemléltet a 2. ábra [3].