ACCUMULATED DEFORMATION MODELING OF PERMANENT WAY BASED ON ENTROPY SYSTEM

D. M. Kurhan

Abstract


Purpose. The work provides a theoretical research about the possibility of using methods that determine the lifetime of a railway track not only in terms of total stresses, and accounting its structure and dynamic characteristics. The aim of these studies is creation the model of deformations accumulation for assessment of service life of a railway track taking into account these features. Methodology. To simulate a gradual change state during the operation (accumulation of deformations) the railway track is presented as a system that consists of many particles of different materials collected in a coherent design. It is appropriate to speak not about the appearance of deformations of a certain size in a certain section of the track, and the probability of such event on the site. If to operate the probability of occurrence of deviations, comfortable state of the system is characterized by the number of breaks of the conditional internal connections. The same state of the system may correspond to different combinations of breaks. The more breaks, the more the number of options changes in the structure of the system appropriate to its current state. Such a process can be represented as a gradual transition from an ordered state to a chaotic one. To describe the characteristics of the system used the numerical value of the entropy. Findings. Its entropy is constantly increasing at system aging. The growth of entropy is expressed by changes in the internal energy of the system, which can be determined using mechanical work forces, which leads to deformation. This gives the opportunity to show quantitative indication of breaking the bonds in the system as a consequence of performing mechanical work. According to the results of theoretical research methods for estimation of the timing of life cycles of railway operation considering such factors as the structure of the flow of trains, construction of the permanent way, the movement of trains at high speeds was developed. Originality. For the first time to simulate the accumulation of deformations of railway tracks this figure as the entropy of the system was used. Practical value. Analytic dependences have been brought to practical techniques that make it possible to analyze the track sections with different designs or with different operating conditions in terms of deformation accumulation.

Keywords


entropy; permanent way; residual deformations; railways calculation for strength; tension in a railway; working life of permanent way

References


Gilyarov V.L. Kineticheskaya kontseptsiya prochnosti i samoorganizovannaya kritichnost v protsesse razrusheniya materialov [Kinetic concept of strength and self-organized criticality in the process of destruction of materials]. Fizika tverdogo tela – Physics of Solids, 2005, vol. 47, issue 5, pp. 808-811.

Danilenko E.I. Zaliznychna koliia. Ulashtuvannia, proektuvannia i rozrakhunky, vzaiemodiia z rukhomym skladom [Railroad. Arrangement and design calculations, interaction with rolling stock]. Kyiv, Inpres Publ., 2010, vol. 2, 456 p.

Danilenko E.I., Rybkin V.V. Pravyla rozrakhunkiv zaliznychnoi kolii na mitsnist i stiikist. TsP-0117 [The terms of payment of railway track for strength and stability. TsP-0117]. Kyiv, Transport Ukrainy Publ., 2004. 64 p.

Konovalov A.A. Entropiya, deformatsiya, teploemkost i zhiznennyy tsikl [Entropy, deformation, heat capacity and life cycle]. Available at: http://trinitas.ru/rus/doc/0016/001c/1840-kon.pdf, 2012 (Accessed 12 June 2015).

Kurhan D.M., Zaiats M.A. Vyznachennia ratsionalnoho rozpodilu poizdopotokiv na merezhi zaliznyts [The definition of rational allocation of train-flows on the rail network]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2010, issue 34, pp. 88-93.

Kurhan D.M., Bondarenko I.O. Vplyv stanu zaliznychnoi dilianky i struktury poizdopotoku na zhyttievyi tsykl kolii [The influence of the railway plot state and structure of the train flow in the life cycle of a track] Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2007, issue 19, pp. 67-77.

Kurhan D.M., Bondarenko I.O Model napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya zheleznodorozhnogo puti na osnove volnovoy teorii rasprostraneniya napryazheniy [Model the stress-strain state of railway track based on the wave propagation theory stresses]. Problemy Kolejnictwa, 2013, issue 159, pp. 99-111.

Kurhan D.M. Osoblyvosti spryiniattia navantazhennia elementamy zaliznychnoi kolii pry vysokykh shvydkostiakh rukhu [Features of perception of loading elements of the railway track at high speeds of the movement]. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu – Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 2015, no. 2 (56), pp. 13-145. doi: 10.15802/stp2015/42172.

Kurilenko G.A. Prognozirovaniye tsiklicheskogo resursa detaley s makrotreshchinami termograficheskim metodom [Prediction of cyclic life of parts with cracks thermographic method]. Izvestiya Tomskogo tekhnicheskogo unversiteta [Bulletin of the Tomsk Technical University], 2012, vol. 321, no. 2, pp. 36-39.

Zheleznov M.M., Pevzner V.O., Solovev V.P., Nadezhin S.S. Nauchnye osnovy modelirovaniya vzaimodeystviya puti i podvizhnogo sostava v sovremennykh usloviyakh ekspluatatsii [The scientific basis of modeling the interaction of the track and rolling stock in modern conditions]. Bulleten Obedinennogo uchenogo soveta OAO «RZhD» [Bulletin of the United Scientific Council of JSC «Russian Railways»], 2014, no. 4, pp. 2-29.

Babenko A., Lynnyk H., Moiseienko K., Patlasov O., Yakovlev V. Polozhennia pro provedennia planovo-zapobizhnykh remontno-koliinykh robit na zaliznytsiakh Ukrainy. TsP-0287 [Statutes of scheduled preventive maintenance repair and track work on the Railways of Ukraine. TsP-0287]. Kyiv, 2015. 45 p.

Dyrda V.I., Sokol S.P., Kalgankov Ye.V., Kolbasin V.A., Tolstenko A.V. Raschet dolgovechnosti uprugo-nasledstvennykh sred pri dlitelnom tsiklicheskom nagruzhenii [The service life of elastic-hereditary environments with long-term cyclic loading]. Heotekhnichna mekhanika – Geotechnical mechanics, 2013, no. 108, pp. 111-122.

Regel V.R., Slutsker A.I., Tomashevskiy E.Ye. Kineticheskaya priroda prochnosti tverdykh tel [The kinetic nature of strength solids]. Uspekhi fizicheskikh nauk – Advances in Physical Sciences, 1972, vol. 106, issue 2, pp. 193-228.

Patlasov O.M., Rybkin V.V., Paleichuk Yu.V., Solomakha S.O., Panchenko P.V. Tekhnichni vkazivky shchodo otsinky stanu reikovoi kolii za pokaznykamy koliievymiriuvalnykh vahoniv ta zabezpechennia bezpeky rukhu poizdiv pry vidstupakh vid norm utrymannia reikovoi kolii. TsP-0267 [Technical guidance on the assessment of the condition of a rail track on track indicators of measuring cares and ensure the safe movement of trains with departures from the norms of the track. TsP-0267]. Kyiv, 2012. 25 p.

Transportna stratehiia Ukrainy na period do 2020 roku [The transport strategy of Ukraine for the period till 2020]. Available at: http://zakon1.rada.gov.ua/laws/show/2174-2010-%D1%80 (Accessed 12 June 2015).

Fischer S., Horvát F. Superstructure Stabilization of Ballast Bedded Railway Tracks with Geogrids. Hungarian Journal of Industry and Chemistry, 2011, vol. 39, no. 1, pp. 101-106.

Horvát F., Fischer S., Major Z. Evaluation of railway track geometry stabilisation effect of geogrid layers under ballast on the basis of laboratory multi-level shear box tests. Acta Technica Jaurinensis, 2013, vol. 6, no. 2, pp. 21-44.

Jiang H.C., Wang Z., Balents L. Identifying topological order by entanglement entropy. Nature Physics, 2012, vol. 8, pp. 902-905.

Tucker J.P., Chan D.K., Subbarayan G., Handwerker C.A. Maximum entropy fracture model and its use for predicting cyclic hysteresis in Sn3. 8Ag0. 7Cu and Sn3. 0Ag0. 5 solder alloys. Microelectronics Reliability, 2014, vol. 54 (11), pp. 2513-2522. doi: 10.1016/j.microrel.2014.04.012.

Bhattacharya J., Nozaki M., Takayanagi T., Ugajin T. Thermodynamical property of entanglement entropy for excited states. Physical review letters, 2013, vol. 110 (9), pp. 091602. doi: 10.1103/PhysRevLett.110.091602.


GOST Style Citations


  1. Гиляров, В. Л. Кинетическая концепция прочности и самоорганизованная критичность в процессе разрушения материалов / В. Л. Гиляров // Физика твердого тела. – 2005. – Т. 47. – Вып. 5. – С. 808–811.
  2. Даніленко, Е. І. Залізнична колія. Улаштуван- ня, проектування і розрахунки, взаємодія з рухомим складом : підруч. для вищ. навч. закл. : у 2 т. / Е. І. Даніленко. – Київ : Інпрес, 2010. – Т. 2. – 456 с.
  3. Даніленко, Е. І. Правила розрахунків залізничної колії на міцність і стійкість : ЦП-0117 / Е. І. Даніленко, В. В. Рибкін. – Київ : Транспорт України, 2004. – 64 с.
  4. Коновалов, А. А. Энтропия, деформация, теплоемкость и жизненный цикл [Електронний ресурс] / А. А. Коновалов. – Режим доступу: http://trini-tas.ru/rus/doc/0016/001c/1840-kon.pdf. – 2012. – Назва з екрана. – Перевірено : 12.06.2015.
  5. Курган, Д. М. Визначення раціонального розподілу поїздопотоків на мережі залізниць / Д. М. Курган, M. А. Заяц // Вісн. Дніпропетр. нац. ун–ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2010. – Вип. 34. – С. 88–93.
  6. Курган, Д. М. Вплив стану залізничної ділянки і структури поїздопотоку на життєвий цикл колії / Д. М. Курган, І. О. Бондаренко // Вісн. Дніпропетр. нац. ун–ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2007. – Вип. 19. – С. 67–77.
  7. Курган, Д. Н. Модель напряженно-дефор-мированного состояния железнодорожного пути на основе волновой теории рас-пространения напряжений / Д. Н. Курган, И. О. Бондаренко // Problemy Kolejnictwa. – 2013. – Вип. 159. – С. 99–111.
  8. Курган, Д. М. Особливості сприйняття навантаження елементами залізничної колії при високих швидкостях руху / Д. М. Курган // Наука та прогрес трансп. Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. – 2015. – № 2 (56). – С. 136–145. doi: 10.15802/stp2015/42172.
  9. Куриленко, Г. А. Прогнозирование циклического ресурса деталей с макротрещинами термографическим методом / Г. А. Куриленко // Изв. Томск. техн. ун–та. – 2012. – Т. 321, № 2. – С. 36–39.
  10. Научные основы моделирования взаимодействия пути и подвижного состава в современных условиях эксплуатации / М. М. Железнов, В. О. Певзнер, В. П. Соловьев, С. С. Надежин // Бюллетень ОУС ОАО РЖД. – 2014. – № 4. – С. 2–29.
  11. Положення про проведення планово-запо-біжних ремонтно-колійних робіт на залізницях України : ЦП-0287 / А. Бабенко, Г. Линник, К. Мойсеєнко [та ін.]. – Київ, 2015. – 45 с.
  12. Расчёт долговечности упруго-наследственных сред при длительном циклическом нагружении / В. И. Дырда, С. П. Сокол, Е. В. Калганков [и др.] // Геотехнічна механіка. – 2013. – № 108. – С. 111–122.
  13. Регель, В. Р. Кинетическая природа прочности твердых тел / В. Р. Регель, А. И. Слуцкер, Э. Е. Томашевский // Успехи физ. наук. – 1972. – Т. 106. – Вип. 2. – С. 193–228.
  14. Технічні вказівки щодо оцінки стану рейкової колії за показниками колієвимірювальних вагонів та забезпечення безпеки руху поїздів при відступах від норм утримання рейкової колі : ЦП-0267 / О. М. Патласов, В. В. Рибкін, Ю. В. Палейчук [та ін.]. – Київ, 2012. – 25 с.
  15. Транспортна стратегія України на період до 2020 року [Електронний ресурс] : затв. розпорядженням Кабінету Міністрів України від 20 жовт. 2010 р. № 2174-р. – Режим доступу: http://zakon1.rada.gov.ua/laws/show/2174-2010-%D1%80. – Назва з екрана. – Перевірено : 12.06.2015.
  16. Fischer, S. Superstructure Stabilization of Ballast Bedded Railway Tracks with Geogrids / S. Fischer, F. Horvát // Hungarian J. of Industry and Chemistry. – 2011. – Vol. 39, № 1. – P. 101–106.
  17. Horvát, F. Evaluation of railway track geometry stabilisation effect of geogrid layers under ballast on the basis of laboratory multi-level shear box tests / F. Horvát, S. Fischer, Z. Major // Acta Technica Jaurinensis. – 2013. – Vol. 6, № 2. – P. 21–44.
  18. Jiang, H. C. Identifying topological order by entanglement entropy / H. C. Jiang, Z. Wang, L. Balents // Nature Physics. – 2012. – Vol. 8. – Iss. 12. – P. 902–905. doi: 10.1038/nphys2465.
  19. Maximum entropy fracture model and its use for predicting cyclic hysteresis in Sn3. 8Ag0. 7Cu and Sn3. 0Ag0. 5 solder alloys / J. P. Tucker, D. K. Chan, G. Subbarayan, C. A. Handwerker // Microelectronics Reliability. – 2014. – Vol. 54 (11). – P. 2513–2522. doi: 10.1016/j.micro-rel.2014.04.012 .
  20. Thermodynamical property of entanglement entropy for excited states. / J. Bhattacharya, M. Nozaki, T. Takayanagi, T. Ugajin // Physical review letters. – 2013. – Vol. 110. – Iss. 9. – P. 091602. doi: 10.1103/PhysRevLett.110.091602.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2015/49215

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)