Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Nonlinear double-beam system dynamics

Koziol Piotr, Pilecki Rafał

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 2

337--353

EN

Double-beam model is considered in many investigations both theoretical and typically engineering ones. One can find different studies concerning analysis of such structures behaviour, especially in the cases where the system is subjected to dynamic excitations. This kind of model is successfully considered as a reliable representation of railway track. Inclusion of nonlinear physical and geometrical properties of rail track components has been justified by various computational studies and theoretical analyses. In order to properly describe behaviour of real structures their nonlinear properties cannot be omitted. Therefore a necessity to search appropriate analytical nonlinear models is recognized and highlighted in published literature. This paper presents essential extension of previously carried out double-beam system analysis. Two nonlinear factors are taken into account and parametrical analysis of the semi-analytical solution is undertaken with special emphasis on different range of parameters describing nonlinear stiffness of foundation and layer between beams. This study is extended by preliminary discussion regarding the dynamic effects produced by a series of loads moving along the upper beam. A new solution for the case of several forces acting on the upper beam with different frequencies of their variations in time is presented and briefly discussed.

PL

Model belki podwójnej jest często wykorzystywany w budowie układów wielowarstwowych opisujących zjawiska związane z ruchomymi obciążeniami. Nieliniowe i stochastyczne właściwości tych układów wpływają znacząco na ich dynamiczne zachowania, co zostało potwierdzone zarówno eksperymentalnie, jak i w wyniku badań teoretycznych. Dlatego wskazana jest szczegółowa analiza czułości rozważanych modeli na różne parametry, przed ich zastosowaniem do badania rzeczywistych konstrukcji. W artykule rozważany jest problem odpowiedzi układu belki podwójnej na system sił poruszających się wzdłuż górnej belki ze stałą prędkością i różnymi częstotliwościami, przy założeniu różnych wartości parametrów opisujących nieliniową sztywność dwóch warstw: podłoża i warstwy łączącej belki. Otrzymane semi-analityczne rozwiązanie dla opisanego przypadku jest znaczącym rozszerzeniem poprzednio opublikowanych rezultatów. Założenie dotyczące występowania dwóch nieliniowości prowadzi do konieczności zastosowania szeregu analitycznych aproksymacji, włączając dekompozycję Adomiana i falkową estymację szukanego rozwiązania. Te nakładające się przybliżenia czynią całą procedurę bardziej skomplikowaną i dlatego kontrolowanie zbieżności rozwiązań jest trudniejsze niż w przypadku poprzednio rozważanych uproszczonych modeli. Analiza parametryczna, wykonana dla szerokiego zakresu różnych parametrów, pokazuje, że nieliniowość warstwy pomiędzy belkami wpływa bardziej znacząco na zachowanie układu, w porównaniu do podobnego założenia dotyczącego podłoża. Analiza przedstawiona w artykule może być traktowana jako kolejny etap określenia zakresu stosowalności modelu i zbadania możliwości jego zastosowania w inżynierii kolejowej, w odniesieniu do dwuwarstwowego modelu toru kolejowego, opartego na układzie belki podwójnej, w którym pierwsza warstwa opisuje szyny, a druga modeluje warstwę podkładów. Takie podejście do modelowania drogi szynowej zostało już wcześniej poddane walidacji razem z hybrydową semi-analityczną metodą rozwiązania opartą o aproksymacje wykorzystujące filtry falkowe typu „coiflet”. Rozszerzenie tego modelu o wprowadzenie dodatkowej nieliniowości, stanowi ważny element badań w zakresie analizy dynamiki dróg szynowych.

2

One-dimensional semi-analytical model on longitudinal thermal loads of a tram track pile-plank structure buried beneath the pavement

Shan Yao, Zhou Xiangliang, Zhou Shunhua

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 1

599--616

EN

A novel pile-plank-supported ballastless tram track is employed in southeast of China to mitigate the foundation differential settlement in soft soil regions. In this structure, the channel rails are directly combined with the plank by fasteners and pads. In situ measurement data reveal that the foundation differential settlement is well controlled by this structure and the internal forces of the plank mainly depend on temperature variation. To assess the structural safety and improve the reinforcement design for the pile-plank structure, an efficient and precise calculation algorithm for internal forces of the structure is urgently required. In this work, a one-dimensional (1D) model is proposed to evaluate the longitudinal forces of the embedded pile-plank structure due to temperature variation. The constraints of rails and surrounding concretes (i.e., overlying pavement and the supporting layer) on the embedded structure are considered. The semi-analytical solution of this model is derived and a comprehensive calculation procedure is proposed. Based on the project of Shanghai Tram Line T1, a case study is undertaken to validate the proposed model. The results indicate that the maximum longitudinal displacement of the plank increases with the temperature variation. The critical displacement appears when the temperature variation rises to 15 ℃. The calculated longitudinal forces of the plank are in accordance with the in situ measurement data. This model provides a strong base to the reinforcement design of the pile-plank-supported ballastless tram track.

3

Ciągły nieliniowy układ belki podwójnej jako wiarygodny model dynamiki drogi kolejowej

Kozioł Piotr, Pilecki Rafał

Zeszyty Naukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji w Krakowie. Seria: Materiały Konferencyjne

|

2020

|

Nr 2 (121)

67--74

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.

4

Verification of a binary fluid solidification model using semi-analitycal solution of 1D heat diffusion equation

Wacławczyk T., Schäfer M.

Chemical and Process Engineering

|

2018

|

Vol. 39, nr 1

85–-102

EN

The aim of the present work is to verify a numerical implementation of a binary fluid, heat conduction dominated solidification model with a novel semi-analytical solution to the heat diffusion equation. The semi-analytical solution put forward by Chakaraborty and Dutta (2002) is extended by taking into account variable in the mushy region solid/liquid mixture heat conduction coefficient. Subsequently, the range in which the extended semi-analytical solution can be used to verify numerical solutions is investigated and determined. It has been found that linearization introduced to analytically integrate the heat diffusion equation impairs its ability to predict solidus and liquidus line positions whenever the magnitude of latent heat of fusion exceeds a certain value.

5

MRS2016: rigid Moon Rotation Series in the relativistic approximation

Pashkevich V. V.

Artificial Satellites : Journal of Planetary Geodesy

|

2017

|

Vol. 52, No. 1

1--8

EN

The rigid Moon rotation problem is studied for the relativistic (kinematical) case, in which the geodetic perturbations in the Moon rotation are taken into account. As the result of this research the high-precision Moon Rotation Series MRS2016 in the relativistic approximation was constructed for the first time and the discrepancies between the highprecision numerical and the semi-analytical solutions of the rigid Moon rotation were investigated with respect to the fixed ecliptic of epoch J2000, by the numerical and analytical methods. The residuals between the numerical solution and MRS2016 in the perturbing terms of the physical librations do not exceed 80 mas and 10 arc seconds over 2000 and 6000 years, respectively.

6

Semi-analytical solution for free vibration differential equations of curved girders

Song Y., Chai X.

Archives of Civil Engineering

|

2017

|

Vol. 63, nr 1

115--132

EN

In this paper, a semi-analytical solution for free vibration differential equations of curved girders is proposed based on their mathematical properties and vibration characteristics. The solutions of in-plane vibration differential equations are classified into two cases: one only considers variable separation of non-longitudinal vibration, while the other is a synthesis method addressing both longitudinal and non-longitudinal vibrationusing Rayleigh’s modal assumption and variable separation method. A similar approach is employed for the out-of-plane vibration, but further mathematical operations are conducted to incorporate the coupling effect of bending and twisting. In this case study, the natural frequencies of a curved girder under different boundary conditions are obtained using the two proposed methods, respectively. The results are compared with those from the finite element analysis (FEA) and results show good convergence.

PL

Jako wspólna płaszczyzna wcześniejszych badań, wynikowe równania różniczkowe drgań opracowane na podstawie statycznych równań różniczkowych Vlasowa dotyczących zakrzywionych dźwigarów nie posiadają ścisłego wyprowadzenia [1-7]. Ostatnimi czasy zastosowano metody fizyki matematycznej w celu wyprowadzenia równań różniczkowych drgań zakrzywionych dźwigarów oraz w celu udowodnienia równań, lecz rozwiązanie nadal nie zostało opracowane [8-16]. Równania różniczkowe drgań zakrzywionych dźwigarów zostały wyprowadzone zgodnie z zasadą Hamiltona oraz równaniem Lagrange’a i mają zastosowanie jedynie do zakrzywionych belek Timoshenko w osiowym układzie współrzędnych. W niniejszej pracy zaproponowano pół-analityczne rozwiązanie dla równań różniczkowych swobodnych drgań zakrzywionych dźwigarów, w oparciu o ich właściwości matematyczne i charakterystyki drgań. Przede wszystkim przyjęto podstawowe założenia dla zakrzywionego dźwigara, w tym 1) zakrzywiony dźwigar ma stały przekrój i promień krzywizny, jak również jednorodny materiał; 2) przekrój poprzeczny zakrzywionego dźwigara ma pionową oś symetrii, a centroid zbiega się z środkiem ścinania; 3) promień krzywizny zakrzywionego dźwigara jest znacznie większy niż rozmiar, długość i wysokość przekroju poprzecznego.