National Transport Library Research Database

Stabilitet hos järnväg på höga bankar – Inriktning mot modellering av bankfyllning genom diskret elementmodellering (DEM) (Railway stability on high banks - Focus on modeling of bank filling through discrete element modeling (DEM)Kl)

Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2017-09-01 -- 2019-12-31 Registration number:
  • Trafikverket 2017/88235
Subject(s): Online resources: Abstract: Projektets huvudsyfte är att studera verkningssättet vid höga bankar för järnvägar genom DEM. Speciellt planeras att studera inverkan av bankens höjd för höghastighetståg och inverkan av högre axellaster på Malmbanan. När det gäller höghastighetsjärnväg blir det viktigt att kunna prediktera bankmaterialets funktion under bruksstadiet. Bankens packning i byggnationsfas tillsammans med nedbrytning i bruksfas antas ha också en stor inverkan för infrastrukturens sättningar. Kapacitetsökning fram 30 ton till 40 ton i Malmbanan antas ha en stor inverkan för sättningar och bankfyllnings nedbrytning, som kan orsakar ytterligare sättningar, speciellt vid höga bankar. Projektet syftar till att öka kunskapen om kraftöverföring inom skelettstrukturen och dess inverkan på materialets mekaniska uppträdande, t.ex. motstånd mot permanenta deformationer eller styvhet beroende av bankens höjd och yttre laster. Dessutom ska eventuella effekter av nedbrytning studeras. I denna ansökan föreslaget arbete ansluter till och bygger vidare på utfört arbete till teknologie licentiatexamen om modellering av ballast inom transportinfrastrukturen [4]. Ansökan omfattar arbete från licentiat- till doktorsexamen. Fortsättningsprojektet som denna projektansökan omfattar syftar främst till att vidareutveckla och implementera, de med hjälp av DEM, utvecklade modellerings- och analysverktygen till nya utmaningar, vilka är byggnation av höghastighetsjärnvägar och ökning av lastkapaciteten på Malmbanan, båda två på bankar. En gedigen empirisk grund i form av litteraturstudier är också viktig i detta arbete, såväl för nyttan med erhållna resultat som för validering av utvecklade diskreta elementmodeller. Projektet omfattar ett flertal delar enligt följande: • Höghastighetsjärnväg på bank: 1. Litteraturstudie om empiriska försök och modellering av ballast vid triaxialförsök och bankar. Dessa kompletteras med litteraturstudie om ballastnedbrytning. 2. Diskret elementmodellering av ballast vid triaxialförsök under upprepad belastning för olika radiella spänningstillstånd inkl. eventuell inverkan av materialnedbrytning. 3. Diskret elementmodellering av bankar med varierande höjd och packning. 4. Analys av effekten av bankens höjd och packning på makromekaniskt verkningssätt. 5. Jämförelse med publicerade laboratorieförsök. 6. Mikromekaniska förklaringsmodeller av verkningssättet på partikelnivå baserade på DEM: kraftöverföring och ev. rollen av nedbrytning. 4(6) • Högra krav på lastkapaciteten i Malmbanan på bank: 1. Kompletterande litteraturstudie om inverkan av spänningsnivå på deformationer. 2. Diskret elementmodellering av ballast vid triaxialförsök under upprepad belastning för olika radiella och axiella spänningstillstånd inkl. eventuell inverkan av materialnedbrytning. 3. Diskret elementmodellering av bankar med varierande höjd och packning vid varierande axellast. 4. Analys av effekten av bankens höjd och packning på makromekaniskt verkningssätt vid olika axellaster. 5. Jämförelse med publicerade laboratorieförsök. 6. Mikromekaniska förklaringsmodeller av verkningssättet på partikelnivå baserade på DEM: kraftöverföring och ev. rollen av nedbrytning. Förväntat resultat av projektet är att ge ett verktyg för modellering av bankar som kan förklara effekten av bankens höjd under upprepad belastning (trafiklast) på bankens makromekaniska verkningssätt för specialfallet höghastighetsjärnväg. Arbetet förväntas identifiera ev. nivå av inverkan av bankens packning i byggnationsfas tillsammans med nedbrytning i bruksfas. Verktyget ska också anpassas för att utreda inverkan på höga bankar av kapacitetsökning från 30 till 40 ton på Malmbanan . Erhållna resultat bidrar med kunskapsuppbyggnad för vägledning av framtida empiriska försök och utvecklande av konstruktioner som uppfyller de funktionskrav som kommer att ställas i framtiden, till nytta för samtliga aktörer inom järnvägsbyggnad.Abstract: The main objective of the project is to study the way in which high railway banks operate through DEM. In particular, it is planned to study the impact of the bank's high speed train and the impact of higher axle loads on Malmbanan, Sweden. In the case of high-speed rail, it becomes important to be able to predict the functionality of the bank material during the use stage. The Bank's packing in construction phase together with degradation in the use phase is also believed to have a major impact on infrastructure settlements. Capacity increase of 30 tonnes to 40 tonnes in Malmbanan is believed to have a major impact on settlements and bankruptcy decomposition, which may cause further settlements, especially at high banks. The project aims to increase knowledge of the transmission of force within the skeletal structure and its impact on the mechanical behavior of the material, e.g. Resistance to permanent deformations or stiffness depending on the bank's height and external loads. In addition, any effects of degradation should be studied. In this application the proposed work connects to and builds on completed work to the technology licentiate degree on modeling of ballast in the transport infrastructure [4]. The application covers work from licentiate to doctorate. The continuation project that this project application covers primarily aims to further develop and implement, using DEM, developed modeling and analysis tools to new challenges, which are the construction of high-speed railways and increase of load capacity at Malmbanan, both of which are on banks. A solid empirical foundation in the form of literature studies is also important in this work, both for the benefit of results obtained and for validation of developed discrete element models. The project comprises a number of parts as follows: * High-speed railroad on the bank: 1. Literature study on empirical trials and modeling of ballast in triaxial trials and banks. These are supplemented by a literature study on ballast degradation. 2. Discrete element modeling of ballast in triaxial trials under repeated load for different radial voltage states incl. possible impact of material degradation. 3. Discrete element modeling of banks with varying heights and gaskets. 4. Analysis of the effect of the bank's height and gasket on macromekanical mode of action. 5. Comparison with published laboratory trials. 6. Micromechanical explanatory models of particle-level action based on DEM: power transmission and possibly. the role of degradation. 4 (6) * Higher demands on cargo capacity in Malmbanan on bank: 1. Supplementary literature study on the effect of stress level on deformations. 2. Discrete element modeling of ballast in triaxial trials under repeated load for various radial and axial stress states incl. possible impact of material degradation. 3. Discrete element modeling of banks with varying heights and packing at varying axle loads. 4. Analysis of the effect of the bank's height and packing on macro-mechanic operation at different axle loads. 5. Comparison with published laboratory trials. 6. Micromechanical explanatory models of particle-level action based on DEM: power transmission and possibly. the role of degradation. Expected outcome of the project is to provide a bank modeling tool that can explain the effect of the bank's height under repeated load (traffic burden) on the bank's macro-mechanical mode of operation for the highway highway special case. The work is expected to identify possibly. level of impact of the bank's packing in the construction phase together with degradation in the use phase. The tool will also be adapted to investigate the impact on high banks of capacity increase from 30 to 40 tonnes on Malmbanan. The results obtained contribute to the development of knowledge for guidance on future empirical attempts and the development of constructions that meet the functional requirements that will be put in the future, benefiting all players in railway construction.
Item type: