Koncepcja zastosowania klasycznego modelu Preisacha w opisie histerezy mechanicznej toru kolejowego

• Autorzy: Koc W. , Wilk A. , Chrostowski P. , Grulkowski S.

Warianty tytułu

EN

Representation of mechanical hysteresis in railway track using classical Preisach model

• Konferencja: Konferencja Naukowa "Drogi Kolejowe 2011" (16 ; 2011 ; Gdańsk / Gdynia)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono implementację klasycznego, skalarnego modelu histerezy Preisacha w zastosowaniu do opisu zjawiska histerezy mechanicznej, występującej w torze kolejowym podczas procesu regulacji geometrycznej jego osi (tj. w trakcie przesuwania rusztu torowego w kierunku poprzecznym). Opisano zwięźle założenia teorii Preisacha oraz skalarny model matematyczny histerezy mechanicznej, oparty na rozkładzie statystycznym zmodyfikowanych operatorów histerezowych. Przedstawiono charakterystyczne stany przemieszczeń toru pod wpływem sił poprzecznych oraz dokonano interpretacji tych stanów na płaszczyźnie fazowej Preisacha. Podano relacje matematyczne umożliwiające modelowanie trajektorii przemieszczeń toru za pomocą funkcji dystrybucji Preisacha (FDP) lub funkcji Everetta (FE). Wymieniono znane w literaturze sposoby identyfikacji FDP oraz FE. W pracy opisano również szczegółowo sposób wyznaczenia FE z wyników eksperymentalnych tzw. głównej pętli histerezy. Dokonano porównania pomiędzy wynikami badań eksperymentalnych przeprowadzonych w torze kolejowym i wynikami obliczeń numerycznych przyjętego modelu histerezy. Uzyskano stosunkowo dużą zgodność pomiędzy tymi wynikami, co pozwala wnioskować, iż przyjęta koncepcja modelowania histerezy w przemieszczeniach poprzecznych toru kolejowego powinna być rozwijana. Ponieważ kształt pętli histerezy zależny jest również od występującej w szynach siły osiowej, analiza omawianego zjawiska może stanowić podstawę do poszukiwań skutecznej metody określania sił podłużnych w torze bezstykowym.

EN

The paper presents implementation of the classical scalar Preisach model for description of hysteresis phenomenon in railway track subjected to lateral displacements. The principles of the Preisach theory as well as the scalar mathematical model of mechanical hysteresis based on statistically distributed modified hysteresis operators were briefly presented. The article presents characteristic states of track's displacements under the lateral forces and the interpretation of these states on the Preisach phase plane are presented. The authors give the mathematic formulas which allow to calculate the trajectory of track displacements using the Preisach distribution function (PDF) or the Everett function (EF). The known from the literature identification methods of PDF and EF are presented. Mathematical formula for calculation of the Everett function on the base of major hysteresis loop is presented. The implemented hysteresis model has been validated by comparing the calculations and obtained results of experiments of railway track horizontal displacements. Both the experiments and simulations confirm the accuracy of worked out model therefore the adopted idea of hysteresis modeling seems be correct and should be further developed. Because the shape of hysteresis loop depends directly of the state of stress in rails, therefore the analysis of this phenomenon could be a base for an investigation of the effective method of axial forces assessment (in rails of CWR track).

Słowa kluczowe

PL

histereza mechaniczna; przemieszczenie poprzeczne; skalarny klasyczny model Preisacha; tor kolejowy

EN

classical scalar Preisach model; lateral displacement; mechanical hysteresis; railway track

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej
• Czasopismo: Przegląd Komunikacyjny
• Rocznik: 2011
• Tom: Nr 9-10
• Strony: 64--67
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.,

Twórcy

autor

Koc W.

autor

Wilk A.

autor

Chrostowski P.

autor

Grulkowski S.

• Politechnika Gdańska, Katedra Transportu Szynowego

Bibliografia

• [1] Bergqvist A.J., Engdahl S.G.: A homogenization procedure of field quantities in laminated electric steel, IEEE Transactions on Magnetics, vol. 37, No. 5, Sept. 2001.
• [2] Everett D.: A general approach to hysteresis – Part 4., An alternative formulations of the domain model. Trans. Faraday Society, vol. 51, 1955.
• [3] Ishlinskii A.Y.: General theory of plasticity with linear strain-hardening. Ukrainskii Matem. Zhurnal, vol.6, 1954.
• [4] Jiles D.C., Atherton D.: Theory of ferromagnetic hysteresis. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 61, 1986.
• [5] Hui S.Y.R., Zhu J.: Numerical modeling and simulation of hysteresis effects in magnetic cores using transmission-line modeling and the Preisach theory. IEE Proc. – Electr. Power App, vol. 142, No.1, January 1995.
• [6] Koc W., Wilk A.: Investigations of methods to measure longitudinal forces in continuous welded rail tracks using the tamping machine. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal Rail and Rapid Transit, 2009, 223 (F1).
• [7] Koc W., Wilk A., Chrostowski P., Grulkowski S.: Determination of the transverse resistance characteristics in railway track. Journal of Transportation Engineering, vol. 136, December 2010.
• [8] Koc W., Wilk A., Chrostowski P., Grulkowski S.: Tests on lateral resistance in railway tracks during the operation of tamping machine. Journal of Rail and Rapid Transit, vol.225, May 2011.
• [9] Koc W., Wilk A., Grulkowski S., Chrostowski P.: The use of tamping machine for diagnosising the longitudinal forces in rails of CWR track. Journal of Civil Engineering and Architecture, vol. 4, No. 11 (Serial No. 36), November 2010.
• [10] Krasnosel'skii, M.A., Pokrovskii, A.V.: Sistemy s gisterezisom (Systems with Hysteresis). Moskow: Nauka, 1983.
• [11] Mayergoyz I. D.: Mathematical models of hysteresis. IEEE Transactions on Magnetics, vol. MAG-22, No.5, September 1986.
• [12] Mayergoyz I.D.: Dynamic Preisach models of hysteresis. IEEE Transactions on Magnetics, vol.24. No.6, November 1988.
• [13] Mayergoyz I.D., Friedman G.: Generalized Preisach model of hysteresis. IEEE Transactions on Magnetics, vol.24, No.1, January1988.
• [14] Preisach F.: Uber die magnetische Nachwirkung. Zeitschrift fur Physik, Bd. 94, 1935.
• [15] Ragusa C.: An analythical method for the identification of the Preisach distribution function. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 354-255, 2003.
• [16] Ruderman M., Hoffmann F., Bertram T.: Preisach model of nonlinear transmission at low velocities in robot joints. 10th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, AMC’08, 26-28 March 2008.