Analiza stanu naprężeń i przemieszczeń szyny kolejowej wynika z potrzeby ciągłego doskonalenia konstrukcji nawierzchni szynowej. Praca doktorska stanowi próbę udoskonalenia modelu nawierzchni kolejowej z uwagi na stan przemieszczeń i naprężeń w szynach, ze szczególnym uwzględnieniem efektu „head on web”. W rozprawie przedstawiono przegląd modeli nawierzchni szynowych, ze szczególnym uwzględnieniem modelu samej szyny wraz z przeglądem badań laboratoryjnych i eksploatacyjnych. Przeprowadzono trzy analizy stanu naprężeń i przemieszczeń szyny kolejowej: analiza statyczna, badania laboratoryjne oraz analiza dynamiczna.
Analizy statyczne szyn kolejowych o różnych profilach, przeprowadzono przy wykorzystaniu modelu trójwymiarowego szyny w ujęciu MES. Model został przeanalizowany przy obciążeniach pionowych, poprzecznych do osi szyny, a także w kierunku wzdłużnym.
Badania laboratoryjne przeprowadzono dla szyny o przekroju 60E1 i 49E1 przy obciążeniach pionowych, poprzecznych do osi szyny, oraz wzdłużnym. Badania przeprowadzono przy różnych podparciach szyny: podparcie ciągłe, podparcie punktowe oraz podparcie ciągłe w pochyleniu.
Analizę dynamiczną przeprowadzono przyjmując dwuwarstwowy model nawierzchni jako belek Eulera-Bernouliego na podłożu lepkosprężystym- model belki (główka) w belce (cała szyna). Wyniki analiz porównano z rezultatami modelu jednowarstwowego. Przeprowadzona analiza pokazała, że różnice pomiędzy odpowiedzią układu jako modelu jednowarstwowego i dwuwarstwowego są istotne.
The analysis of the state of rail stresses and displacements is the result of a need to permanently improve the structure of railway tracks. The doctoral dissertation is an attempt at improving the track model taking into account the condition of rail displacements and stresses, with specific consideration of the “head on web” effect. In the doctoral dissertation, a review of railway track models is presented, with particular attention paid to the model of rail itself, along with a review of laboratory tests and operational evaluations. As part of the dissertation, three main analyses of the condition of rail stresses and displacements are carried out: static analysis, laboratory tests, and dynamic analysis.
The static analyses of rails with different profiles were performed with the application of a 3D rail model in FEM. The model was analysed with vertical loads, loads lateral to the rail axis, and also in the longitudinal direction.
The laboratory tests were performed for a rail with the 60E1 and 49E1 profiles with vertical loads, loads lateral to the rail axis, and in the longitudinal direction. The tests were performed with different rail supports: continuous, point, and tilted continuous.
The dynamic analysis was performed with the assumption of a two-layer track model as Euler-Bernoulli beams on viscoelastic foundation – the beam (head) inside beam (whole rail) model. The results of the analyses were compared with the results of a single-layer model. Performed analysis shown that the differences between the response of the system as one-layer and two-layer models are significant.
