Ciągły nieliniowy układ belki podwójnej jako wiarygodny model dynamiki drogi kolejowej

• Autorzy: Kozioł Piotr , Pilecki Rafał

Warianty tytułu

EN

Continuous nonlinear double-beam system as a reliable model of railway track dynamics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Współczesny transport kolejowy napotyka na nowe wyzwania związane z rosnącymi wymogami bezpieczeństwa. Te stają się konieczne z powodu spodziewanego rozwoju skutkującego wysokimi prędkościami pociągów i częstotliwością połączeń, razem z trudnościami w planowaniu nowych linii umiejscowionych w rejonach o warunkach geotechnicznie wymagających. Utrzymanie istniejących trakcji staje się równie ważne ponieważ ich intensywne użytkowanie prowadzi do szybszej degradacji i zmniejszonej efektywności. Rozważając stan infrastruktury będącej w użyciu jeszcze kilka lat temu, można zauważyć, że poszukiwanie nowych metod analizy tworzonych układów jest obecnie nawet bardziej istotne. Poza problemami związanymi z wytrzymałością i zużyciem, należy zwracać uwagę na dynamiczne właściwości konstrukcji, głównie ze względu na ich rosnące znaczenie w odniesieniu do wpływu nieliniowych i stochastycznych charakterystyk. Nowe materiały używane w konstrukcjach drogi kolejowej mają bardzo często nieliniowe właściwości fizyczne, w sposób oczywisty potwierdzone i zbadane laboratoryjnie. Jednak ich wpływ na odpowiedź dynamiczną układów transportowych pozostaje dotychczas niewystarczająco zbadany. Obecny artykuł opisuje podejście do analitycznego modelowania dynamiki drogi kolejowej oparte na układach „wielobelkowych” posiadających nieliniowe właściwości. Wstępne wyniki obliczeniowe pokazujące dynamikę układu powiązaną z ruchomym obciążeniem złożonym z sił zmieniających się z różnymi częstotliwościami mogą być uważane za oryginalny wkład prezentowały w artykule.

EN

Recent rail transportation meets new challenges associated with increasing safety requirements. These become a strong necessity due to expected development resulting in high speeds of trains and frequency of connections, along with difficulties in planning and construction of new lines placed in demanding geotechnical conditions. Maintenance of existing tracks becomes equally important as their more intensive use leads to faster degradation and decreased efficiency. Seeking new methods of analysis for newly developed systems is even more important compared to study the infrastructure being operational yet a few years ago. Besides the issues of strength and wear, one should pay attention to the dynamic properties of structures, mainly due to their increasing importance in terms of stochastic and nonlinear features influence. New materials used in rail track structures have very often nonlinear physical characteristics which are obviously confirmed and determined in laboratory conditions. However their effects on the dynamic response of transportation systems remain insufficiently unexplored so far. This paper describes an idea of rail track dynamics analytical modelling based on multibeam systems possessing nonlinear stiffness. Preliminary computational examples of the system dynamics arising from a load consisting of forces with varying frequencies can be recognized as a novelty of presented study.

Słowa kluczowe

PL

dynamika nieliniowa; modelowanie drogi szynowej; rozwiązanie pół-analityczne; metody hybrydowe

EN

nonlinear dynamics; rail track modelling; semi-analytical solution; hybrid methods

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej. Oddział w Krakowie
• Czasopismo: Zeszyty Naukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji w Krakowie. Seria: Materiały Konferencyjne
• Rocznik: 2020
• Tom: Nr 2 (121)
• Strony: 67--74
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Kozioł Piotr

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Chair of Roads, Railways and Traffic Engineering

autor

Pilecki Rafał

• former student of Cracow University of Technology

Bibliografia

• [1] Koziol P., Heuristic computer aiding of hybrid semi-analytical methods in structural dynamics modeling (Heurystyczne wspomaganie komputerowe hybrydowych semi-analitycznych metod modelowania dynamiki konstrukcji). In: Wybrane problemy naukowe budownictwa, 65. Konferencja Naukowa Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN oraz Komitetu Nauki PZITB, Edited by: W. Drozd, P. Koziol, K. Zima, PWN, 2020, 179-195. (in Polish).
• [2] Czyczula W., Koziol P., Kudla D., Lisowski S., Analytical evaluation of track response in the vertical direction due to a moving load. Journal of Vibration and Control, 2017, Volume: 23 issue: 18, pages: 2989-3006.
• [3] Koziol, P., Vibrations of railway tracks modelled as a two layer structure, in: J. Kruis, Y. Tsompanakis, B.H.V. Topping, (Editors), Proceedings of the Fifteenth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing, Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 199, 2015, doi: 10.4203/ccp.108.199.
• [4] Koziol, P., Analytical modelling of railway track dynamics, Proceedings of ICoEV2015, International Conference on Engineering Vibration, Ljubljana, Slovenia, 7-10 September 2015, Editors: Miha Boltezar, Janko Slavic, Marian Wiercigroch, ISBN 978-961-6536-97-4, paper 273, 2015.
• [5] Koziol, P., Wavelet approach for the vibratory analysis of beam-soil structures: Vibrations of dynamically loaded systems, VDM Verlag Dr. Müller, Saarbrucken, 2010.
• [6] Koziol P., Experimental validation of wavelet based solution for dynamic response of railway track subjected to a moving train. Mechanical Systems and Signal Processing, 2016, 79, 174-181.
• [7] Adomian G., Solving Frontier Problems of Physics: The Decomposition Method, Kluwer, Boston, MA, 1994.
• [8] Mallat, S., A Wavelet Tour of Signal Processing, Academic Press, 1998.
• [9] Monzon, L. Beylkin G., Hereman W., Compactly supported wavelets based on almost interpolating and nearly linear phase filters (coiflets), Applied and Computational Harmonic Analysis, 1999, 7, 184-210.
• [10] Hosseini M.M., Nasabzadeh H., On the convergence of Adomian decomposition method, Applied Mathematics and Computation, 2006, 182(1), 536-543.
• [11] Wazwaz, A.M. El-Sayed S.M., A new modification of the Adomian decomposition method for linear and nonlinear operators, Applied Mathematics and Computation, 2001, 122, 393-405.
• [12] Koziol P., Pilecki R., Semi-analytical modelling of multilayer continuous systems nonlinear dynamics, Archives of Civil Engineering, 2020, Vol. 66, No 2, 165-178, DOI: 10.24425/ace.2020.131803.
• [13] Koziol P., Pilecki R., Nonlinear double-beam system dynamics, Archives of Civil Engineering, 2021 (accepted).
• [14] Koziol P., Wavelet approximation of the Adomian’s decomposition applied to a nonlinear problem of a double-beam response subject to a series of moving loads. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2014, 52, 3, 687-697.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).