Discrete element technique for modeling high-speed railway tracks

The Discrete element method (DEM) is a methodology to investigatethe interactions among granular materials. It analyzes the behavior of par-ticulate environments by solving force-displacement equations that adhereto Newton’s second law of motion. Despite its usefulness, the DEM is notwithout limitations, and researchers are still facing certain challenges thatrestrict them from performing detailed analyses of granular materials. Thisstudy addresses two issues in DEM modeling of granular materials in rail-way embankments. Firstly, the long computational time required by theDEM for modeling fine angular particles in granular materials is addressedby exploring the effects of particle scaling on the shear behavior of granularmaterial. This study investigates the impact of particle size distribution,particle angularity, and the amount of scaling on the accuracy and compu-tational efficiency of DEM. Secondly, the limitations of DEM in includingthe continuous rail beam structure in the track are addressed by verifyinga DEM model against physical measurements of a full-scale ballasted trackand investigating the influence of including the rail beam structure on high-speed railway ballasted tracks. The results show that the use of particlescaling in the first study significantly improves the computational efficiencyof the DEM while maintaining accuracy, and this method is used in thesecond study to investigate the influence of the rail beam structure on thebehavior of railway tracks.
Diskreta elementmetoden (DEM) är en effektiv metod för att undersö-ka interaktioner i granulära material. Metoden analyserar samverkan mellanpartiklar genom att lösa kraft-deformationsekvationer som följer Newtonsandra lag. Trots dess användbarhet har DEM vissa begränsningar och fors-kare stöter fortfarande på vissa utmaningar som hindrar dem från att ge-nomföra detaljerade analyser av granulära material. Denna studie tar upptvå frågeställningar vid DEM-modellering av granulära material i järnvägs-bankar. För det första behandlas den långa beräkningstiden som krävs föratt modellera granulära material genom att utforska effekterna av parti-kelskalning på skjuvbeteendet. Studien undersöker effekten av partikelstor-leksfördelning och spetsighet på noggrannheten och beräkningseffektivite-ten. För det andra behandlas begränsningarna hos DEM när det gäller attinkludera den kontinuerliga rälsstrukturen i spåret genom att verifiera enDEM-modell mot fysiska mätningar av ett ballasterat spår i full skala ochundersöka inverkan av att inkludera rälsstrukturen. Resultaten i den förstastudien visar att tillämpningen av partikelskalning avsevärt förbättrar be-räkningseffektiviteten samtidigt som noggrannheten bibehålls. Partikelskal-ning används i den andra studien för att undersöka inverkan av rälsstruk-turen på beteendet hos järnvägsspår.
Utform av övergångszoner för höghastighetsjvg med fix spår