ACCUMULATED DEFORMATION MODELING OF PERMANENT WAY BASED ON ENTROPY SYSTEM

• Published in: Nauka ta progres transportu Vol. 58; no. 4(58); pp. 99 - 109
• Main Author: Kurhan, D. M.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Ukrainian State University of Science and Technologies 10-09-2015
• Subjects: entropy; permanent way; railways calculation for strength; residual deformations; tension in a railway; working life of permanent way
• ISSN: 2307-3489; 2307-6666
• DOI: 10.15802/stp2015/49215

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.
Мета. В роботі передбачається проведення теоретичних досліджень щодо використання методів, які визначають термін експлуатації залізничної колії не тільки за показником загального обсягу навантаження, а й враховують його структуру та динамічні характеристики. Метою таких досліджень є створення моделі накопичення деформацій для оцінки термінів експлуатації залізничної колії із урахуванням зазначених особливостей. Методика. Для моделювання процесу поступової зміни стану за час експлуатації (накопичення деформацій) залізнична колія представлена як система, яка складається з множин часток різних речовин, зібраних у цільну конструкцію. Доцільно говорити не про появу деформацій якоїсь визначеної величини в певному перерізі колії, а про імовірність такої події на ділянці. Якщо оперувати вірогідністю появи відхилень, стан системи зручно характеризувати кількістю розривів умовних внутрішніх зв’язків. Однаковому стану системи можуть відповідати різні комбінації розривів. Чим більша кількість розривів, тим більша кількість варіантів змін структури системи, що відповідають її поточному стану. Такий процес можна представити як поступовий перехід від упорядкованого стану до хаотичного. Для опису наведеної характеристики системи застосовується такий чисельний показник, як ентропія. Результати. При старінні системи її ентропія постійно збільшується. Зростання ентропії виражається змінами внутрішньої енергії системи, які можна визначити, використовуючи механічну роботу сил, дія яких приводить до деформацій. Це дає змогу визначити кількісний показник розриву зв’язків у системі як наслідок виконання механічної роботи. За результатами теоретичних досліджень розроблено методику оцінки строків життєвого циклу експлуатації залізничної колії із урахуванням таких факторів, як: структура поїздопотоку, конструкція верхньої будови колії, рух поїздів із високими швидкостями. Наукова новизна. Вперше для моделювання накопичення деформацій залізничної колії використаний такий показник, як ентропія системи. Практична значимість. Розгорнуті аналітичні залежності доведено до практичної методики, що дає змогу аналізувати ділянки колії із різними конструкціями або з різними умовами експлуатації за строками накопичення деформацій.