بخشی از مقاله
شبیه سازي تراورس هاي کامپوزیتی
چکیده
در این مقاله ضمن اشاره به ویژگی ها و انواع تراورسهاي کـامپوزیتی , دو نـوع تـراورس بتـونی و کـامپوزیتی در شرایط دو بعدي و استاتیکی توسط نرم افزار analysis شبیه سازي گردید . نتـایج حاصـله حـاکی ازآن اسـت کـه اسـتفاده از تراورسهاي کامپوزیتی که فوق العاده جاذب ارتعاش هستند می تواند درپلها و خطوط با ارنعاش زیاد مورد استفاده قـرار گیـرد.
در واقع خصوصیت بارز این تراورسها وزن کم و ارتعاش پذیري بالا می باشد.
کلید واژه ها: تراورس , کامپوزیت , روسازي , شبیه سازي
-1 مقدمه
تراورس قطعه اي است که در روسازي خط جهت ثابت نگه داشتن فاصله ریلها از یکـدیگر و توزیـع بار وارده بر ریل استفاده می شود. مشخصات یک تراورس خوب عبارتند از:
تحمل کردن وزن و نیروهاي دینامیکی ریل و قطار و پخش کردن وزن قطار
نگه داشتن عرض خط در خطوط مستقیم و خطوط منحنی
مقاوم در برابر خرابی و کمترین انحراف از خصوصیات اصلی
ماده اي بدون هدایت الکتریکی
سخت ولی به اندازه کافی انعطاف پذیرکه بتواند ارتعاش حاصل ازعبورقطارها را جذب کند
تراورسهاي کامپوزیتی درمقابل ساییدگی وشرایط بدآب وهوایی خراب نمـی شـوند, جـاذب ارتعـاش هستند ودرمقایسه باتراورسهاي بتونی وزن کمتري دارند.درضمن بسیاربا محیط زیست سازگار بوده واسـتفاده ازآنها باعث کاهش قطع درختان وآلودگی کمتر محیط زیست می شود.[1]
-2 انواع تراورس هاي کامپوزیتی:
-1-2 تراورس کامپوزیتی ساخت کارخانه TieTek با نام تراورسهاي :Tie Tek
(HDPE) بازیافت شده ازبطريهاي شیربه همراه خردههاي لاستیک بازیافت شـده ازتـایر خودروهـا، فیبرها، مواد شیمیایی وعوامل تقویت کننده تهیه می شود.تراورس TieTek رامیتـوان بـه راحتـی جـایگزین تــراورسهــاي چــوبی تهیــه شــده ازکــروزوت (مــادة شــیمیایی کــه بــراي اشــباع کــردن چــوب ازآن اســتفاده میشود)کرد. آنهاازنظر اندازه، وزن وشرایط سوراخکاري مانندتراورسهاي چوبی هستند چون تراورسهـاي TieTek مدت زمان طولانیتري عمر میکنند، میزان صرفه جویی درهزینـههـاي تعـویض آنهـا بیشـتر اسـت هرچندکه مقدارهزینه مصرف شده درکارگذاري اولیه زیاد است.[3][2]
-2-2 تراورس کامپوزیتی از پلاستیکهاي بازیافتی با نام تراورسهاي : DURATIE
این تراورس ها از یک مخلوط پلی اتیلن باچگالی بالاکه ازقالب خارج شده و یـک ترموپلاسـتیک بـا مواد فیبري(-1 فایبر گلاسهاي خرد شده که ازقراضههاي کامپوزیتهاي پلیمري تقویت شـده بـا فیبربدسـت می آیند-2 پلی استایرن بازیافتی قراضه) براي پوشش دادن آن ساخته شده است.
تــراورس حاصــله اســتحکام زیــادي داشــته و درشــرایط تــنش بالااســتفاده میشــود.بااســتفاده از ایــن تراورسهابه جاي تراورس چوبی میلیونهـا درخـت حفـظ مـیشـود. خطـرات ناشـی از مـواد شـیمیایی(نظیـر کروزوت)که براي محافظت تراورس چوبی استفاده میشد,کاهش می یابد. بسیاري از تلفات لاسـتیکهـا بـه صورت مؤثري استفاده میشودو هزینه نگهداري خطوط به صورت مشخص کاهش می یابد.اسـتفاده از مـواد پلاستیکی بازیافتی به کاهش گازهاي گلخانهاي در اتمسفر کمک مـیکنـد. کامپوزیـت Duratie در مقابـل رطوبت مقاوم است و باهجوم حشرات نابود نمیشـود. مـواد شـیمیایی سـمی در آن بکـار نرفتـه اسـت و عمـر طولانیتر دارد و با محیط زیست سازگار است. از بتون سبکتر است و با سیستم نصب تـراورسهـاي چـوبی بدون احتیاج به هیچگونـه وسـیله اضـافی سـازگار اسـت.عـایق خـوبی اسـت و هـیچ عکـس العملـی بـه اشـعه ماورابنفش و مواد نفتی نشان نمی دهد. با توجه به وزن سبکتر آن وخصوصـیات حمـل و نقـل راحـتتـر بـه عنوان جایگزینی براي تراورسهاي بتونی پیش تنیده می باشد. [4]
-3-2 تراورسهاي کامپوزیتی پلاستیک و فیبر چوب :(WPC)
این تراورسها شامل یک هسته چوبی باریک، کلاهک انتهایی که درهر دو انتهاي هسته قـرار دارنـد و یک پوستهبیرونی میباشند. هسته چوبی میتواند از چوبهـاي خـام یـا بازیـافتی یـاچوبهـاي سـاخته دسـت بشرمثل تخته بارشته هاي جهت دار ( OSB) ,تخته چندلا باشد . پوسته بیرونـی مـی توانـد از پلاسـتیک هـاي خام یابازیافتی ,رزینهاي ترموست یا پلاستیک ( همراه یا بدون فیلر و تقویت کننده ) باشد.هسته مرکزي کمی کوچکتر از اندازه اصلی تراورس ساخته می شود .سپس کلاهکهاي انتهـایی در انتهــاي هستـــه قـــرار مـــی گیرنــد و نهایتــا پوشــش در یــک پروســه مداوم برروي هسته مرکزي قرار می گیرد.[5]
-4-2 تراورسهاي با ترکیب ساندویچی:
ساندویچ شامل دو لایه خارجی و یک هسـته داخلـی اسـت. هـر قسـمت بطـور جداگانـه ممکـن اسـت ضعیف و انعطاف پذیر باشد ولی هنگامی که در ترکیب ساندویچی قرار گیرد, یـک سـاختار سـفت، محکـم ضعیف و انعطاف پذیر باشد ولی هنگامی که در ترکیب ساندویچی قرار گیرد, یک ساختار سفت، محکـم بـا وزن کم رابه وجود میآورد. لایههاي بیرونی تنشهاي نرمال را تحمل میکنند. هسته لایههاي بیرونیرابا یـک فاصله جدا ازخود نگه میداردودرهمین زمان نیروهاي برشی راکه دراثربارگذاري وخمـش تولیـد مـیشـوند,
تحمل میکند[6]
-5-2 تراورسهاي کامپوزیتی ترموپلاستیک:
این کامپوزیت از ترموپلاستیکهاي بازیافتی (پلی الفین) همراه با تلفات سنگ گچ فسفاته یابـا تلفـات سنگ گچ فلوئوراته (که از پروسه مرطوب کود فسفاته یاکود فلوئوراته بدست میآید)تولید میشـود. مراحـل ساخت این کامپوزیت شامل (a) مخلوط کردن تلفات سنگ گچ فسفاته (فسـفات کلسـیم) یـا تلفـات سـنگ گچ فلوئوراته (فلوئورید کلسیم) همراه با ترموپلاستیک و ترکیب کردن آنها با یا بـدون عامـل چسـبنده بـراي درست کردن ترکیب کامپوزیتی ترموپلاستیک و سپس (b) ذوب کردن ترکیب بـراي تولیـدنهایی تـراورس می باشد. ساخت این کامپوزیتها از ذخیره شدن تودههاي سنگ گچ فسفاته/فلوئوراته جلوگیري میکند.[7]
-6-2 تراورس ترکیبی استفاده کننده از کامپوزیت:
این کامپوزیتهاشامل یک هسته ویک رویه میباشند. هسـته ازیـک رزیـن ترکیبـی وفیلرسـاخته شـده است ورویه از یک رزین ترموست تشکیل شده که به وسیله فیبرهاي بلند تقویـت شـده اسـت. ایـن فیبرهـا بـه صورت موازي در جهت طولی امتداد پیدا کردهاندو رویه به صـورت ورقـه ورقـه بـر روي هسـته قـرار گرفتـه است.[9][8]
-7-2 تراورسهاي کامپوزیتی پلیمر/پلیمر:
این کامپوزیتها شامل یک جزء پلیمـري بـه نـام پلـی الفـین اسـت کـه ازتلفـات وبازیافـتهـا بدسـت میآیدجزءدیگرآن پلیمرلاسـتیکی اسـت کـه ازتایرهـاي دورانداختـه شـده بدسـت مـی آیـدوهمچنین ازیـک فیلرتقویــت کننــده ازجــنس میکااســتفاده میشــود.میکــاانواع مختلفــی داردولــی میکــاي اســتفاده شــده درایــن کامپوزیت باعث کم شدن چگالی درمقایسه باسایرکامپوزیتهـامیشـود. بخارشـدن ترکیـبهـاي فـراردرون اجزاي مختلف، به خصوص دراجزاي پلیمرلاستیکی، باعث به وجودآمدن ساختمانی می شـودکه داراي یـک هســته مرکــزي اســفنجی اســت.مراحــل تهیــه ایــن تــراورسهاشــامل تکنیــکهــاي اکســتروژن و قالــب زنــی میباشد.[10]
-8-2 تراورس کامپوزیتی مخلوطی از پلیمر و بتون :
این تراورسها از دوقالب تشکیل شدهاند که شامل قالب بیرونی و قالب درونی میباشد. قالب درونی بـه شکل تیر یا تیرآهن از جنس فولاد میباشد.قا لب بیرونی ازیک بخش بالایی ویک بخش پایینی تشکیل شـده که باکمک یکدیکرحفرهاي رابه وجود میآورندکه قالب درونی دراین حفره قرارمیگیرد. جنس قالـبهـاي بیرونی از مخلوط 50-50 پلیاتیلن بازیافتی وخردههاي لاستیک جمـعآوري شـده ازتایرچرخهـاي بازیـافتی میباشد. شکاف درون تیرها راازمخلوط پلی اتیلن باچگالی بالاوخردههاي لاستیک پرمـیکننـد. بـه غیـرازاین شکاف, بقیه حفره رابایک مخلوط بتون سیال پرمیکنند.دردو طـرف تراورس،دوسـرپوش از جـنس مخلـوط پلیمري قرارمی دهند.[11]
-9-2تراورسهاي کامپوزیتی شامل بتون، فولاد، ترکیبات مصنوعی :
این کامپوزیتها شامل یک زمینه و انواع فیبرها میباشند. فیبرهـا شـامل فیبرهـاي فـولادي و غیرفلـزي
(سلولز و ترکیبات مصنوعی) میباشد الیاف غیرفلزي شـامل سـلولز، نـایلون، پلـی اتـیلن، پلـیپـروپیلن و پلـی استرمی باشند. الیاف سلولز و پلی اتیلن بـه شـکل میکروالیـاف مـی باشـند,یعنـی طـول آنهـا درحـد میلیمتـر و قطرشان در حد میکرون است .زمینه هم شامل ساروج سیمان با نسبت شن به سیمان متفاوت، بتون حاوي شـن و ماسههاي خشن و بتون با وزن سبک میباشد.به طور کلی میکرو الیافها در درون زمینههاي قوي سیمان در کم کردن تركها بیشتر مؤثر هستند.[12]
-10-2 تراورسهاي بتونی fly ash با حجم بالا همراه با الیاف پلی پروپیلن تقویت شده :
دراین تراورسها,Fly ash بیشتر از 50 درصدحجم موادسـیمانی را بـه خوداختصـاص میدهـد. Fly ash نـه تنهاهزینه راکاهش میدهد بلکه دوام بتون رابه صورت شگفت انگیزي بالامیبرد. قابلیـت کـارکرد بتـون رابـا استفاده از مقادیر زیاد سوپرنرم کنندهها((Super Plasticizer بالا میبرند. آزمایشات نشان داده اسـت کـه این بتون مشخصات استحکام و قابلیـت کارکردرضـایت بخشـی دارد. نفوذپـذیري پـایین، مقـدارانقباض کـم درهنگام خشک شدن، دوام کافی و سختی مناسب از خصوصیات دیگر این بتون است.[13]
-3تحلیل تراورس هاي کامپوزیتی و بتونی با استفاده از نرم افزار : ANALYSIS
براي ارزیابی مقدار سختی و استحکام تراورس هاي کامپوزیتی نیروهـایی بـر روي آن قـرار داده شـده است و مقادیر تنش ها و خمش ها و ... اندازه گرفته شـده اسـت .تحلیـل هـاي انجـام گرفتـه بـر روي دو نـوع تراورس کامپوزیتی و تراورس بتنی انجام گرفته تا قابل مقایسه با همـدیگر بـوده و بتـوان بـا توجـه بـه مقـادیر بدست آمده ،نوع تراورس مـورد نیـاز را انتخـاب کـرد و از آن اسـتفاده کـرد.در ایـن راسـتا مشخصـات نـوع تراورس هاي مورد استفاده از اهمیت بالایی برخوردار است.
