Details zum E-Book

Analiza drgań nawierzchni i podtorza pod wpływem obciążeń ruchomych z dużymi prędkościami

Analiza drgań nawierzchni i podtorza pod wpływem obciążeń ruchomych z dużymi prędkościami

Magdalena Ataman

E-book

We współczesnej komunikacji pociągi odgrywają coraz większą rolę. Konstrukcje nawierzchni kolejowej i podtorza, przystosowanych do ruchu pociągów z dużymi prędkościami, muszą spełniać rygorystyczne warunki techniczne, zatem właściwe zwymiarowanie nawierzchni drogi szynowej jest niezwykle ważnym zadaniem, mającym zasadniczy wpływ na bezpieczeństwo i komfort podróży i transportu.
 
W prezentowanym opracowaniu wskazany i przebadany został wpływ pionowego obciążenia ruchomego na powstawanie i wielkość ściskających sił osiowych w konstrukcji drogi szynowej. Oprócz prędkości w analizie uwzględniono inercję obciążenia i podłoża gruntowego. Do rozważań przyjęto model nawierzchni kolejowej w postaci belki lub płyty warstwowej o zmiennej sztywności poszczególnych warstw. Analizowany model podłoża Własowa uwzględnia, oprócz własności sprężystych gruntu, jego ścinanie i masę, czyli inercję (siły bezwładności), oraz osiadanie podłoża w sąsiedztwie toru kolejowego. W pracy przebadano wpływ sił osiowych na wielkość prędkości krytycznych. Przeanalizowano też schematy uwzględniające zmienność masy i sztywności konstrukcji drogi szynowej oraz zmienność parametrów charakteryzujących podłoże w kierunku podłużnym.
 
Ruch pojazdu ze zmiennymi prędkościami po torze generuje również podłużną siłę ruchomą, wywołującą drgania podłużne konstrukcji nawierzchni. Zjawisko to może być szczególnie ważne w konstrukcjach mostowych. W pracy przebadano wpływ ruchomych sił stycznych do toru na odpowiedź dynamiczną nawierzchni i podtorza drogi szynowej biegnącej po gruncie oraz na moście. Zaprezentowano także uproszczony model do wstępnej analizy wpływu nierówności toru na zmianę prędkości koła.
 
Istotą prezentowanej monografii są analityczne rozwiązania dynamiczne od pionowych inercyjnych obciążeń ruchomych konstrukcji na podłożach odkształconych, a zasadniczym i oryginalnym elementem - analityczne wyznaczenie dynamicznych podłużnych sił krytycznych od inercyjnych obciążeń pionowych w układzie nawierzchnia, podtorze, ruchomy pociąg i otoczenie drogi kolejowej, a następnie wyznaczenie w takim modelu prędkości krytycznych.

1. Wstęp 7

2. Modele podłoża odkształcalnego 9

3. Modele obciążeń ruchomych 21

4. Wpływ sił poziomych na drgania nawierzchni kolejowej 27

4.1. Belka nieskończenie długa obciążona siłą poziomą poruszającą się ze stałą prędkością 28

4.2. Drgania podłużne belki mostowej pod wpływem ruchomej siły poziomej 33

4.2.1. Zagadnienie własne belki sprężystej 33

4.2.2. Podłużne drgania swobodne belki sprężystej 34

4.2.3. Drgania belki sprężystej wymuszone ruchomą siłą poziomą 36

4.2.4. Drgania belki obciążonej ruchomą siłą poziomą z uwzględnieniem tłumienia wiskotycznego 37

4.2.5. Drgania belki pod wpływem poziomego, ruchomego obciążenia inercyjnego 38

4.2.6. Drgania belki obciążonej ruchomą inercyjną siłą poziomą z uwzględnieniem tłumienia wiskotycznego 40

5. Wpływ bezwładności taboru, nawierzchni kolejowej i podłoża na ich stateczność i prędkości krytyczne pociągów poruszających się z dużymi prędkościami 42

5.1. Duże siły osiowe w belkach modelujących nawierzchnię kolejową 42

5.1.1. Stateczność toru kolejowego według Timoshenki 42

5.1.2. Model Newlanda uwzględniający masę nieskończenie długiego pociągu 44

5.1.3. Model toru kolejowego na podłożu inercyjnym pod obciążeniem masowym 45

6. Wpływ dużych sił osiowych na drgania niejednorodnej belki na trójparametrowym podłożu inercyjnym 51

6.1. Drgania belki z dużą siłą osiową wymuszone ruchomym obciążeniem skupionym 51

6.2. Drgania belki z dużą siłą osiową wymuszone półnieskończonym obciążeniem ciągłym 54

6.3. Drgania belki z dużą siłą osiową wymuszone obciążeniem ciągłym o skończonej 57

7. Wpływ zmienności masy i parametrów mechanicznych nawierzchni kolejowej na jej drgania pod działaniem obciążenia ruchomego 61

7.1. Zastosowanie podejścia falowego do analizy drgań toru kolejowego modelowanego nieskończenie długą belką na podłożu sprężystym 61

7.2. Nawierzchnia o skokowo zmiennej masie i podparciu modelowana belką nieskończenie długą na podłożu sprężystym obciążona ruchomą siłą 74

7.3. Wpływ dużych sił osiowych na drgania belki na dwuparametrowym podłożu Pasternaka o stałych współczynnikach 80

7.4. Wpływ dużych sił osiowych na drgania belki na dwuparametrowym podłożu Pasternaka o zmiennych współczynnikach 83

8. Nawierzchnia kolejowa na belce mostowej modelowana niejednorodną belką Timoshenki obciążoną ruchomą siłą 85

8.1. Zagadnienie własne belki Timoshenki 86

8.2. Drgania belki Timoshenki na podłożu Własowa wymuszone ruchomą siłą 89

8.3. Drgania tłumione belki Timoshenki 93

8.4. Analiza ugięć belki Timoshenki 95

8.5. Prędkości krytyczne 97

8.6. Drgania tłumione w belce Timoshenki 98

9. Nawierzchnia kolejowa bezpodsypkowa 101

9.1. Nawierzchnia modelowana niejednorodną płytą Kirchhoffa na podłożu inercyjnym Własowa obciążoną ruchomą siłą skupioną 102

9.2. Zastosowanie metody elementów skończonych do analizy drgań płyty na podłożu 109

10. Wpływ ostrych nierówności nawierzchni sztywnej na zmianę prędkości sztywnego koła 115

10.1. Uderzenie sztywnego krążka w sztywny próg 115

10.2. Przejazd sztywnego krążka przez podwójną nierówność 116

11. Współczynniki dynamiczne w przypadku obciążeń ruchomych 119

11.1. Drgania tłumione belki na podłożu Kelvina-Voigta wymuszone ruchomą siłą 121

11.2. Współczynniki dynamiczne w belce Bernoulliego-Eulera na podłożu Kelvina-Voigta obciążonej ruchomą siłą 125

11.3. Współczynniki dynamiczne w przypadku belki Timoshenki na inercyjnej warstwie Własowa obciążonej ruchomą siłą 128

12. Podsumowanie 132

Bibliografia 134

  • Titel: Analiza drgań nawierzchni i podtorza pod wpływem obciążeń ruchomych z dużymi prędkościami
  • Autor: Magdalena Ataman
  • ISBN: 978-83-8156-480-9, 9788381564809
  • Veröffentlichungsdatum: 2022-12-06
  • Format: E-book
  • Artikelkennung: e_30ax
  • Verleger: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej