5. Zömök kövek terhelésének eredménye

A terhelés hatását először egy kővel vizsgáltuk. A mérési eredmények a szemmegoszlás alakulására vonatkoznak, azonban a folyamatról a legtöbb információt maga a záró elemre ható erő vizsgálata adja (10. ábra).

A folyamatban a következő szakaszok figyelhetők meg:

1. A terhelés kezdete: ekkor a záró elem még nem éri el a követ, így a rá ható reak­cióerők értéke nulla.
2. A záró elem eléri a követ: ahogy az érintkezés bekövetkezik, a reakcióerő értéke elkezd növekedni. Ez a kő töréséig folytatódik.
3. A kő törése: amikor a kőre ható eredő feszültség eléri a kő szilárdságát, a kő – az ismertetett módon – 4 részre törik. A törést követően a záró elemre ható reakcióerő lecsökken.
4. Kövek mozgása, csúszása: a 2. és 5. pont közti, első törés utáni szakasz három részre osztható. Az első részben a záró elem még nem éri el a köveket, így a reakcióerő értéke nulla. A kövek elérése után azok akadozó, csúszás jellegű mozgást mutatnak. A kövek helyzetének kialakulása után a reakcióerő (Fy) ismét monoton nőni kezd, egészen az újabb törésig.
5. Újabb törés: az erő ismét visszaesik. Mivel itt már folyamatos az érintkezés a kövek és a fedél között, értéke eléri a nullát.
6. A maximális erő elérése és leterhelés: ahogy a reakcióerő értéke eléri a felső határt (itt kb. 1,5 MN), a fedél mozgásának iránya megváltozik, és bekövetkezik leterhelés.

 Az egy kő terhelése során kapott eredmények a várakozásoknak megfeleltek, így következett a terhelés valós elemszámmal (11. ábra). Ennek terhelési diagramja a 12. ábrán látható.

A vizsgált diszkrét elemes anyagmodellben a poliéderelemek alakja kellő pontossággal közelíti a valós kövek alakját, a mechanikai modell a valódi hatásokkal és anyagparaméterekkel rokon tulajdonságokat mutat, a törési mechanizmus működik. A diszkrét elemes módszer és az anyagmodell alkalmas a kövek viselkedésének szimulálására.
A kialakított geometriában és beállí­tásokkal az ülepítés a kellő időn belül lejátszódik, a terhelés során a folyamat stabil. A záró elemre ható reakcióerő jellege a várakozásoknak megfelelően alakul. Töréskor időnként fellépnek pillanatnyi nagy erők (a 12. ábrán ez leterheléskor következett be), de ezek csak rövid időintervallumban állnak fenn, és a terhelés jellegét nem befolyásolják. A továbbiakban azonban kialakulásuk okát részletesen megvizsgáljuk.
A Hummel-berendezésben zajló vizsgálat modellje összevethető a mérési eredményekkel, így elvégezhető a diszkrét elemes anyagmodell paramétereinek kalibrálása.

6. Összefoglalás

A vasúti pályában a vasbeton keresztaljak alatti ágyazati kőgerenda viselkedésének modellezésére használhatjuk a diszkrét elemes számítógépes módszert. Halmazok viselkedésének modellezésére számos eljárás található a szakirodalomban, ám ezeknél az aprózódás figyelembevétele nem biztosított. A halmaz egészének vizsgálatát nagyban befolyásolja az egyes szemcsék viselkedése. A szemalak figyelembevételét és így a modell fizikai paramétereinek meghatározását a Voronoi-módszerrel lét­rehozott törhető poliéderelemekből álló halmazok segítségével végeztük el. Az anyagmodell statikus paramétereinek kalibrálásához Hummel-berendezésben végzett mérési adatok állnak rendelkezésre.
Létrehoztuk a vizsgálat modelljét, mellyel terhelési próbát végeztünk. Az eredmények jellege a vártnak megfelelő, így lehetséges a diszkrét elemes anyagmodell paramétereinek beállítása, majd azt felhasználva a vasúti ágyazati kőgerenda viselkedésének modellezése.
A diszkrét elemes módszer, és az általunk alkalmazott poliéder anyagmodell a vasúti ágyazati kőgerenda viselkedésének modellezésén túl számos lehetőséget rejt. Alkalmazásával módunk nyílik a bányászati, anyagmozgatási folyamatok szimulálására is. Az eljárás részletes információt szolgáltathat továbbá a kőhalmazokat kezelő gépészeti berendezések szerkezeteire gyakorolt hatásokról is.

7. Köszönetnyilvánítás

Az ágyazati kőanyagok modellezési lehetőségének vizsgálatát a MÁV Zrt. K+F Kutatásfejlesztési Innovációs Programja tette lehetővé, nevezetesen az „A vasúti zúzottkő ágyazati kőgerenda vizsgálata dinamikus és egyéb igénybevételek hatására” című (36895/2015/MÁV) K+F kutatás. A szerzők köszönettel tartoznak Emszt Gyula ny. tanszéki mérnök és Pálinkás Bálint laboráns (BME Geotechnika és Mérnökgeológia, korábban Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék munkatársai) segítőkész, önzetlen munkájáért.