Entropy Application for Simulation the Ballast State as a Railway Element
Loading...
Date
2023
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Óbuda University, Budapest, Hungary
Abstract
ENG: The purpose of the paper is to develop methods of entropy application for
simulation of the ballast layer operation of a railway track in the tasks of predicting and
controlling the service life. The author developed a method for determining the entropy of
the ballast layer as an element of a railway track through calculations of the mechanical
work performed by ballast as a result of the reaction to an external load. To determine the
array of stresses and deformations operating in the ballast layer space, the spatial model of
the stress-strained state of a railway track based was used on the elastodynamic problem.
The major part of the developed method is supplemented by the technique of assessing the
entropy of a system according to the deviation measuring results in its geometric position.
The geometric position of a railway track was measured by a track renewal train. Files
archiving to determine the randomness of data recorded in them were carried out using the
LZMA algorithm. The tasks of predicting and controlling the service life of ballast have
been further developed. The usage of entropy has allowed simulating the ballast
degradation as a random process that depends on cyclic stresses and deformations arising
in ballast from rolling stock. For the first time, the method of assessing the quality of the
track surfacing through the entropy of the ballast layer is proposed. The developed
mathematical tool may be used to compare the service life of ballast in various operating
conditions, which allows optimizing consistency between the track design and parameters
of train movements.
UKR: Метою статті є розробка методів застосування ентропії для моделювання роботи баластного шару залізничної колії для задач прогнозування та контролю тривалості служби. Автор розробив метод визначення ентропії баластного шару як елемента залізничної колії шляхом розрахунків механічної роботи, яку виконує баласт в результаті реакції на зовнішнє навантаження. Для визначення напружень і деформацій, що діють у просторі баластного шару, була використана просторова модель напружено-деформованого стану залізничної колії на основі динамічної задачі теорії пружності. Основну частину розробленого методу доповнено технікою оцінки ентропії системи згідно з результатами вимірювання її геометричного положення. Геометричне положення залізничної колії вимірювалось машиною для виправки. Архівацію файлів для визначення випадковості даних, записаних у них, здійснено за допомогою алгоритму LZMA. Використання ентропії дозволило моделювати деградацію баласту як випадковий процес, який залежить від циклічних напружень і деформацій, що виникають у баласті внаслідок руху рухомого складу. Вперше запропоновано метод оцінки якості верхньої будови колії за допомогою ентропії баластного шару. Розроблений математичний інструмент може бути використаний для порівняння тривалості служби баласту в різних умовах експлуатації, що дозволяє оптимізувати відповідність між параметрами колії і встановленими умовами експлуатації.
UKR: Метою статті є розробка методів застосування ентропії для моделювання роботи баластного шару залізничної колії для задач прогнозування та контролю тривалості служби. Автор розробив метод визначення ентропії баластного шару як елемента залізничної колії шляхом розрахунків механічної роботи, яку виконує баласт в результаті реакції на зовнішнє навантаження. Для визначення напружень і деформацій, що діють у просторі баластного шару, була використана просторова модель напружено-деформованого стану залізничної колії на основі динамічної задачі теорії пружності. Основну частину розробленого методу доповнено технікою оцінки ентропії системи згідно з результатами вимірювання її геометричного положення. Геометричне положення залізничної колії вимірювалось машиною для виправки. Архівацію файлів для визначення випадковості даних, записаних у них, здійснено за допомогою алгоритму LZMA. Використання ентропії дозволило моделювати деградацію баласту як випадковий процес, який залежить від циклічних напружень і деформацій, що виникають у баласті внаслідок руху рухомого складу. Вперше запропоновано метод оцінки якості верхньої будови колії за допомогою ентропії баластного шару. Розроблений математичний інструмент може бути використаний для порівняння тривалості служби баласту в різних умовах експлуатації, що дозволяє оптимізувати відповідність між параметрами колії і встановленими умовами експлуатації.
Description
D. Kurhan: ORCID 0000-0002-9448-5269
Keywords
railway, ballast, entropy, stress-strained state, track state, залізнична колія, ентропія, напружено-деформований стан, стан колії, КТІ
Citation
Kurhan D. M. Entropy Application for Simulation the Ballast State as a Railway Element. Acta Polytechnica Hungarica. 2023. Vol. 20, No. 1. P. 63–77. DOI: 10.12700/APH.20.1.2023.20.5.