13Влияние технологических факторов на свойства композиционных шпал
инновационной конструкции_
Кондращенко Валерий Иванович,
доктор технических наук, старший научный сотрудник, кафедра «Строительные материалы и технологии», Российский университет транспорта, kondrashchenko@mail.ru;
Ван Чжуан,
аспирант, кафедра «Строительные материалы и технологии», Российский университет транспорта, chuangw@mail.ru;
Адилходжаев Анвар Ишанович,
доктор технических наук, профессор, кафедра «Строительные материалы», Ташкентский государственный транспортный университет, anvar_1950@mail.ru;
Исмагилова Луиза Ильгизовна,
кафедра «Строительные материалы и технологии», Российский университет транспорта, nirest96@mail.ru
Для композиционной шпалы инновационной конструкции, состоящей из наполненной полимерной матрицы, армированной стержнями из бамбука, выполнен анализ влияния технологических факторов на ее свойства, представленных в виде комплексного показателя - изгибной жесткости шпалы Эиаг. Методом планирования экспериментов получены математические модели Эиаг, с использованием которых установлена степень влияния на нее технологических факторов, располагающихся по степени влияния на Эиаг в следующей последовательности: модуль упругости матрицы шпалы - наружный радиус стержней бамбука - модуль их упругости - расстояние от нижней (растянутой) грани шпалы до центра верхного бамбукового стержня. Показано, что при этом изгибная жесткость композиционной шпалы изменяется в диапазоне (0,77-1,85)-106 Пам4, что открывает возможность рационального управления свойствами шпалы на практике. Ключевые слова: планирование эксперимента; композиционная шпала; армирование бамбуком, изгибная жесткость шпалы; технологические факторы.
Исследование было профинансировано РФФИ (№19-38-90179) и Китайским стипендиальным советом (премия г-ну ВАН Чжуану за 48-месячное обучение за рубежом в Российском университете транспорта).
Введение
Шпалы являются ключевыми элементами верхнего строения железнодорожного (ж.д.) пути, обеспечивающих стабильность ж.д. колеи для безопасного движения поездов и равномерную передачу нагрузки от подвижного состава на балластную призму [1]. Технологии изготовления композиционных шпал разнообразны и во многом определяются региональными сырьевыми ресурсами, в том числе побочными продуктами промышленности и отходами [2]. Конструкции композиционных шпал также отличает большое разнообразие, определяющее перспективность их применения на ж.д. транспорте с учетом возможности их вторичной переработки [3, 4]. В частности, предложенная в работе [5] инновационная конструкция композиционной шпалы, армированной бамбуком, перспективна для обширных регионов мира, богатых ресурсами
бамбука и отходами пластика, особенно в Восточной, Юго-восточной и Южной Азии. В тоже время для успешного применения такой конструкции целесообразно выполнить анализ влияния технологических факторов на свойства композиционной шпалы.
В качестве комплексного показателя свойств композиционной шпалы принята из-гибная жесткость шпал визг, определяющая во многом работу верхнего строения ж.д. пути и состояние эксплуатируемого подвижного состава. Изгибная жесткость зависит от свойств материала шпал и ее геометрических параметров, включая расположение в них армирующих стержней из бамбука. Выполнение оценки степени влияния свойств материала и геометрических параметров на величину визг позволяет установить рациональные технологические параметры изготовления композиционных шпал.
2. Методы и материалы
2.1. Изгибная жесткость композиционной шпалы
Работа шпалы в ж.д. пути на изгиб является важнейшей характеристикой, влияющей на жесткость пути, стабильность ширины рельсовой колеи, равномерность распределения напряжений в балластной призме и ряд других важнейших показателей [6]. Комплексным показателем ее работоспособности может служить такой параметр, как изгибная жесткость, которая зависит от модулей упругости составляющих шпалу полимерной наполненной матрицы и бамбуковых стержней (функция материала) и их момента инерции (функция геометрии). Модуль упругости материала и изгибная жесткость некоторых шпал приведены в табл. 1.
Таблица 1
Модуль упругости материала и изгибная жесткость шпал
Показатели Материал шпал
Древесина Бетон FFU СагЬоп1ос Ахюп 1^едпсо
Модуль упругости Е10-9, Па 7,1-16,0 40,0 8,1 5,0 1,7 1,7
Изгибная жесткость визг 10-3, Па м4 863-1944 4860 984 608 207 207
Примечания. 1. Изгибная жесткость рассчитана по формуле ЕаЬ3/12 для шпалы однородного прямоугольного сечения шириной а = 0,25 м и высотой Ь = 0,18 м. 2. Шпала: деревянная [6]; бетонная [7]; РРи
- синтетическая [8]; СагЬоп1ос - композиционная [9]; Лхюп - полимерная [10]; Шедпсо - композиционная [11].
В разработанной инновационной конструкции композиционной шпалы [5] в качестве армирующих элементов используются бамбуковые стержни, расположенные симметрично относительно ее продольной оси (см. рис. 1, на котором обозначены R1
- наружный радиус верхнего стержня; Г1 - то же, внутренний радиус; R2 - наружный радиус нижнего стержня; Г2 - то же, внутренний радиус; а, Ь - ширина и высота композиционной шпалы; zo - расстояние от нижней (растянутой) грани шпалы до нейтральной оси; р - радиуса кривизны нейтральной оси (н.о.); ц.о. - центральная ось, а остальные обозначения поясняет рисунок).
Бамбуковые стержни предназначены в основном для обеспечения стабильности формы композиционной шпалы в процессе эксплуатации, которая может искажаться при накоплении во времени остаточных деформаций полимерной матрицей от нагрузки от подвижного состава, и стабилизации ширины рельсовой колеи за счет снижения коэффициента температурного расширения композиционной шпалы. Для по-
вышения несущей способности шпалы полости стержней в местах наибольших изгибающих моментов от поездной нагрузки - в средней части шпалы и в подрельсовых основаниях, заполнены безусадочным цементным раствором.
а)
б)
^777777777777777777777^777^'
Рис. 1. Схемы поперечного сечения композиционной шпалы (а) и ее изгиба (б) 1 - полимерная матрица; 2 - бамбуковые стержни; 3 - цементно-песчаный камень (см. пояснения в тексте)
Методами теории упругости из условия равновесия фрагмента композиционной шпалы (рис. 1б) получена формула для расчета изгибной жесткости композиционной шпалы Оизг [12], которая при одинаковых бамбуковых стержнях (при R1 = R2 = R, Г1 = Г2 =г) и их симметричном расположении в сечении шпалы (при е2 = Ь - е1) имеет вид:
аЪъ
О — Е-+ (Еб - Е ) • Б,
изг м 12 ^ б м' б
Я2 + г2
+ 0,5Ъ2 + е? + -Ъ(в1 + е2)
+ (Ец - Ем ) • Бц [г2 + 0,5Ъ2 +
Ь(ех + е2)
+ (Ец - Ем) • Бц [г2 + 0,5Ъ2 + е2 + е22 - Ъ(е} + е2)] , (1)
где Ем - модуль упругости полимерной матрицы; Еб - то же, бамбуковых стержней;
Ец - то же, цементного камня в бамбуковых стержнях; Бб — ж(Я2 - г2), Бц — ЖГ .
2.2. Планирование эксперимента
Влияние технологических факторов на свойства композиционной шпалы изучали с использованием методов планирования активных экспериментов для получения полиномиальной модели (ПМ) изгибной жесткости шпалы Оизг как функции от физико-механических свойств и основных геометрических параметров, входящих в формулу (1) для ее определения. Варьируемыми факторами являлись: Еб (обозначается в ПМ Х1) - модуль упругости бамбуковых стержней, ГПа; Ем (Х2) - то же, матрицы шпалы,
ГПа; Я (Хз) - наружный радиус бамбукового стержня, мм; ^ (Х4) - расстояние от нижней (растянутой) грани шпалы до центра сечения верхного бамбукового стержня,
мм.
Анализ выполняли в кодированном масштабе варьируемых переменных х, переход к которым от их натуральных значений Х выполняется по уравнению:
Х„ - X0
х =■
АХ
(2)
где Xi - текущее значение варьируемого фактора в натуральных единицах, изменяющегося от его наибольшего (верхний уровень) Хтах до наименьшего (нижний уровень) Хт1п значений; Хо - основной уровень варьируемого фактора, равный
Х - X
Х =—max-min ; ¿Х- интервал варьирования, равный АХ= Хтах - Хо.
0 2
Варьируемые факторы в кодированном масштабе х и натуральном значении Х приведены в табл. 2.
Таблица 2
Натуральные Х [13, 14] и кодированные х значения варьируемых факторов
Варьируемый фактор
нижнем
(х = - 1)
Значение Х на уровнях
основном
(х = 0)
верхнем (х = + 1)
Интервал варьирования АХ
Xi 10-9 Па Х2 10-9 Па Хз, м Х4, м
8 7 0,01 0,13
15 11 0,02 0,14
22 15 0,03 0,15
7 4 0,01 0,01
По плану эксперимента Бокса типа В4 [15] была получена ПМ в виде полинома второй степени, адекватно (погрешность не превышает 1%) описывающая значения функции отклика - изгибной жесткости композиционной шпалы визг во всем диапазоне варьируемых факторов Х, приведенных в табл. 2 (в уравнении исключены уравнения с незначимыми коэффициентами при переменных Х1Х2, х12 и х22):
визг =1305983 + 23683x1 + 452713x2 - 33820хз - 14723x4 + 21462Х1Х3 + +18996Х1Х4 -29520Х2Х3 - 19719Х2Х4 - 12248Х3Х4 - 9678Х32 - 1371Х42. (3)
3. Влияние технологических факторов на изгибную жесткость шпалы
Влияние технологических факторов на свойства композиционной шпалы инновационной конструкции устанавливали с использовали ПМ ее изгибной жесткости визг (1) при фиксированных значения ряда геометрических параметров: равенстве радиусов бамбуковых стержней Я1 = Я2 = Я, Г1 = Г2 = г, г = 0,73 [16] и поперечном сечении шпалы (размеры соответствуют деревянным шпалам I типа) шириной а = 250 мм и высотой Ь = 180 мм.
При этом анализ выполняли по построенным с использованием уравнения (3) на квадрате базового поля р1(х,, х) изолиний значений визг. По осям такого квадрата две переменные в кодированном масштабе х, и х изменяли в диапазоне значений от -1 до +1 при фиксированных значениях двух других переменных хи и х/. В точках базового поля р1(х,, х) с координатами х: и ху, равными сочетанию значений 0; -1 или +1, строили локальные поля р2(хи, х), в которых варьируемыми переменными являются уже хи и х/.
Изолинии - уровни равных значений функций отклика визг, строили на базовом поле р1(хх) и в его точках на локальных полях р2(хн, х/): а) в локальных полях р2(хз, х4), построенных в точках (-1, -1), (-1, 1), (1, -1), (1, 1), (0, 0), (-1, 0), (+1; 0), (0; -1) и (0;+1) базового поля Р1(х1, х2) (рис. 2); б) в локальных полях Р2(х2, х4) в тех же точках базового поля Р1(х1, хз) (рис. 3); г) в локальных полях Р2(х1, х4) в тех же точках базового поля Р1(х2, хз) (рис. 4); д) в локальных полях Р2(х1, хз) в тех же точках базового поля р1(х2, х4) (рис. 5).
Рис. 2. Изолинии изгибной жесткости композиционной шпалы визг, Па м4, в области варьируемых факторов х, отн. ед.
— — — — —— базовое поле р1(Х1,Х2) при хз = Х4 = 0; -
р2(хз,х4) в точках базового поля р1(Х1,Х2): а - Х1 = -1 и Х2 = 1; б - Х1 и Х2 = 0; д - Х1 = 0 и Х2 = 0; е - Х1 = 1 и Х2 = 0; ж- Х1 = -1 и Х2 = -1; з -
- 0 и Х2 = 1; в Х1 = 0 и Х2 = -1; и
— локальные поля Х1 = 1 и Х2 = 1; г - Х1 = -1 Х1 = 1 и Х2 = -1
- направление наибольшего градиента лС«
0.81Е+06 0.94Е+06 1.06Е+06 1.19Е+06 1.32Е+06 1.44Е+06 1.57Е+06 1.69Е+06 1.82Е+06
Рис. 3. Изолинии изгибной жесткости композиционной шпалы Оизг, Пам4, в области варьируемых факторов х, отн. ед.
— — — — —— базовое поле р1(х1,хз) при х2 = Х4 = 0; -
Р2(х2,х4) в точках базового поля р1(х1,хз): а - Х1 = -1 и хз = 1; б - Х1 = 0 и хз
и хз = 0; д - Х1 = 0 и хз = 0; е - Х1 = 1 и хз = 0; ж - Х1 = -1 и хз = -1; з - Х1 = 0 и хз
--локальные поля
1; в - х1 = 1 и хз = 1; г - х1 ■■ -1; и - х1 = 1 и хз = -1
-1
- направление наибольшего градиента лЭизг
1.17Е+06
ш 1.19Е+06
1.21Е+06
1 1.22Е+06 1.24Е-Ю6/- 1.26Е+06
т 1.28Е+06 1.30Е+06 1.31Е+06
1.54Е+06
1.68Е+06
-1
0
Рис. 4. Изолинии изгибной жесткости композиционной шпалы Оизг, Па м4, в области варьируемых факторов х, отн. ед.
— — — — —— базовое поле р1(х2,хз) при х1 = х4 = 0;-
Р2(х1,х4) в точках базового поля р1(х2,хз): а - х2 = -1 и хз = 1; б - х2 = 0 и хз
и хз = 0; д - Х2 = 0 и хз = 0; е - Х2 = 1 и хз = 0; ж - Х2 = -1 и хз = -1; з - Х2 = 0 и хз
-<;-------------направление наибольшего градиента увеличения лСша
--локальные поля
1; в - х2 = 1 и хз = 1; г - х2 : -1; и - х2 = 1 и хз = -1
-1
1.22Е+06
1.23Е+06
1.25Е+06
1.26Е+06_
1.28Е+06
1.29Е+06
■ 1.30Е+06 1.32Е+06 1.33Е+06
1.52Е+06 1.66Е+06
Рис. 5. Изолинии изгибной жесткости композиционной шпалы визг, Пам4, в области варьируемых факторов х, отн. ед.
— — — — —— базовое поле р1(Х2,Х4) при х1 = хз = 0;-
р2(х1,хз) в точках базового поля р1(Х2,Х4): а - Х2 = -1 и Х4 = 1; б - Х2 = 0 и Х4 и Х4 = 0 ; д - Х2 = 0 и Х4 = 0 ; е - Х2 = 1 и Х4 = 0 ; ж - Х2 = -1 и Х4 = -1; з - Х2 = 0 и Х4 = -—----------- направление наибольшего градиента увеличения лСша
--покапь-ные поля
1; в - Х2 = 1 и Х4 = 1; г - Х2 : 1; и - Х2 = 1 и Х4 = -1
-1
4. Обсуждение
Из рис. 2 (см. базовое поле Р1(Х1,Х2)) следует, что при фиксированных значениях геометрических параметров - радиуса бамбуковых стержней Я (Хз) и расстояния их верхнего ряда от растянутой грани шпалы е (х4), равных их основным уровням (Я = 0,02 м и е = 0,14 м, см. табл. 2) наибольшее влияние на величину визг оказывает изменение модуля упругости матрицы шпалы Ем (х2), во всем диапазоне изменения которой влияние модуля упругости бамбуковых стрежней Еб (х?) на визг незначительно и изменяется по линейному закону.
В точках базового поля р1(Х1,Х2) при фиксированных значениях Еб (хг) и Ем (х2) влияние геометрических параметров Я (хз) и е (х4) (локальные поля р2(хз,Х4)) на величину визг неоднозначно: если в базовом поле Р1(Х1,Х2) (локальные поля р2(хз,хл) а, б, в, г, д и ж) наибольший градиент изменения изгибной жесткости Авизг для достижения ею
максимального значения АОизгтах соответствует одновременному уменьшению геометрических параметров R и е, то в локальном поле Р2(хз,х4) е направление градиента АОтах зависит от радиуса бамбуковых стержней R (хз), в локальном поле Е2(хз,х4) и -от увеличения радиуса стержней R (хз) и расстояния между ними е (х4), в локальном поле Р2(хз,х4) з - одно направление градиента АОизг зависит в основном от радиуса стержней R (хз) (при наибольших значениях R и е), а другое - в основном от расстояния между ними е (х4) (при наименьших значениях R и е).
Из рис. 3 (см. базовое поле Р1(х1,хз)) следует, что при фиксированных значениях модуля упругости матрицы шпалы Ем (х2) и расстояния их верхнего ряда от растянутой грани шпалы е (х4), равных их основным уровням (Ем = 11-109 Па и е = 0,14 м, см. табл. 2) на величину Оизг оказывают практически равнозначное влияние изменения модуля упругости Еб (х?) и радиуса R (хз) бамбуковых стержней, увеличивая жесткость композиционной шпалы с ростом как одного, так и другого фактора.
В точках базового поля Р1(х1,хз) при фиксированных значениях Еб (хг) и R (хз) влияние модуля упругости матрицы шпалы Ем (х2) и геометрического параметра е (х4) (локальные поля Р2(х2,х4)) на величину Оизг вполне однозначно во всех точках факторного пространства базового поля Р1(х1,хз) - наибольшее влияние на градиент изменения изгибной жесткости АОизг оказывает изменение модуля упругости матрицы шпалы Ем (х2).
Из рис. 4 (см. базовое поле Р1(х2,хз)) следует, что при фиксированных значениях модуля упругости бамбуковых брусков Еб (х1) и геометрического параметра е (х4), равных их основным уровням (Еб = 15-109 Па и е = 0,14 м, см. табл. 2) определяющее влияние на Оизг во всем диапазоне изменений радиуса бамбукового стержня R (хз) оказывает изменение модуля упругости матрицы шпалы Ем (х2).
В точках базового поля Р1(х2,хз) при фиксированных значениях Ем (х2) и R (хз) наблюдаются существенное изменение характера влияния варьируемых факторов Еб (хг) и е (х4) на величину изгибной жесткости композиционной шпалы Оизг и градиента АОизг. Если при больших радиусах бамбуковых стержней R (хз) (локальные поля Р2(х1,х4) а, б, в) первоначально (поле Р2(х1,х4) а) АОизг зависел от изменения модуля упругости бамбуковых стержней Еб (хг), то с увеличением модуля упругости матрицы Ем (х2) на его величину в равной степени влияют как Еб (хг), так и е (х4) (локальные поля Р2(х1,х4) б, в). При средних значения R (хз) (локальные поля Р2(х1,х4) г, д, е) упругости такой переход наблюдается только при максимальных величинах модуля матрицы композита Ем (х2) - в локальной поле Р2(х1,х4) е. При малых R (хз) (локальные поля Р2(х1,х4) ж, з, и) наблюдается совершенно другая картина: при низких значениях Ем (х2) на величину АОизг оказывает влияние параметр е (х4), характеризующий расстояние между бамбуковыми брусками (локальное поле Р2(х1,х4) ж), при средних (локальное поле Р2(х1,х4) з) это уже зависит от соотношения Еб (хг) и е (х4), а при высоких (локальное поле Р2(х1,х4) и) снова полностью определяется геометрическим параметром е (х4), но с «обратным знаком» по отношению к локальному полю Р2(х1,х4) ж.
Из рис. 5 (см. базовое поле Р1(х2,х4)) следует, что при фиксированных значениях модуля упругости бамбуковых стержней Еб (хг) и их диаметра R(xз), равных их основным уровням (Еб = 15-109 Па и R = 0,02 м, см. табл. 2) во всем диапазоне изменений е (х4) определяющее влияние на Оизг оказывает изменение модуля упругости матрицы шпалы Ем (х2).
В точках базового поля (х2,х4) при фиксированных значениях Ем(х2) и е(х4) при высоких и средних значениях параметра е (х4) (см. локальные поля Р2(х1,хз) а, б, в, г,
д, е на рис. 5) со снижением расстояния между брусками е(х4) возрастает влияние модуля упругости матрицы шпалы Ем(х2) на градиент Авизг и при больших расстояниях между ними (х4) влияние варьируемых факторов Еб (хг) и Я (хз) равнозначно (см. локальное поле р2(х1,хз) в), а с уменьшением параметра е (х4) влияние радиуса бамбуковых стержней Я (хз) становится преобладающим (см. локальное поле Р2(х1,хз) е). При низких значениях Ем (х2) и е (х4) (см. локальное поле Р2(х1,хз) ж) влияние Еб (хг) и Я (хз) неоднозначно: при высоких значениях модуля упругости бамбуковых стержней их геометрические характеристики Я (хз) являются определяющими, а при их больших радиусах - модуля упругости бамбука Еб (хг). В тоже время с ростом модуля упругости матрицы Ем (х2) влияние снижения радиуса брусков на Авизг является основным (см. локальные поля Р2(х1,хз) з, и).
Из рисунков 2-5 следует, что изгибной жесткостью композиционной шпалы визг можно управлять в достаточно широком диапазоне (0,77-1,85)-106 Пам4, т.е. примерно между значениями деревянных шпал из мягкой и твердой пород (см. табл. 1). Также имеется возможность управления в широком диапазоне ее параметрами используя материалы с более высоким или низким модулем упругости.
Таким образом, выявленные закономерности по влиянию технологических факторов на свойства композиционной шпалы позволило оптимизировать инновационную конструкцию композиционной шпалы с учетом установленной связи между изгибной жесткостью и эксплуатационными особенностями ж.д. пути.
5. Выводы
1. Для композиционной шпалы инновационной конструкции была получена ПМ для расчета ее изгибной жесткости визг и методами планирования экспериментов получена полиномиальная модель, адекватно (с погрешностью до 1%) описывающая значения визг в широком диапазоне варьирования такими технологическими факторами, как модули упругости бамбуковых стержней Еб и полимерной матрицы Ем, наружный радиус бамбукового стержня Я и параметра, определяющего расстояние между бамбуковыми стержнями е1.
2. С использованием ПМ изгибной жесткости композиционной шпалы виз «на квадрате» построены графические зависимости влияния на ее величину таких технологических факторов, как модули упругости полимерной матрицы шпалы и бамбуковых стержней, радиус стержней из бамбука и параметра, характеризующего расстояние между аримирующими бамбуковыми стержнями, позволившими выполнить анализ влияния варьируемых факторов на целевую функцию визг.
3. Выполнением графо-аналитического анализа влияния технологических факторов на изгибную жесткость композиционных шпал инновационной конструкции установлено, что наибольшее влияние на величину виз оказывает модуль упругости полимерной матрицы композиционной шпалы Ем, а другие факторы по значимости располагаются в следующей последовательности: модуль упругости матрицы шпалы из пластика - радиус стержней из бамбука - модуль упругости бамбуковых стержней - расстояние от нижней (растянутой) грани шпалы до центра сечения верхного стержня бамбука.
4. Изгибную жесткость композиционной шпалы инновационной конструкции можно изменять в диапазоне 0,77-1,85-106 Пам4, соответствующем ее значениям для деревянных шпал из мягкой и твердой пород древесины. Полученные результаты открывают возможность гибкого управления изгибной жесткотью композиционной шпалы предложенной конструкции на практике.
Литература
1. Esveld C. Modern Railway Track (2nd Editon). Delft: MRT Proctions. 2001.
2. Кондращенко В.И., ВАН Чжуан. Композиционные подрельсовые основания. Материалы // Строительные материалы. 2020. № 1-2. С. 95-111.
3. Кондращенко В.И., Савин А.В., ВАН Чжуан. Композиционные подрельсовые основания. Конструкции // Строительные материалы. 2020. № 10. С. 52-76.
4. Кондращенко В.И., Харчевников В.И., Стородубцева Т.Н., Бондарев Б.А. Древес-ностекловолокнистые композиционные шпалы. - М.: Издательство "Спутник+", 2009. - 311 с.
5. Патент РФ 2707435. Композиционная шпала. Кондращенко В.И., Аскадский А.А., Аскадский Ал.А., Мороз П.А., ВАН Чжуан, ЦЗИН Гоцин. Дата подачи заявки: 28.02.2019. Опубликовано: 26.11.2019 Бюл. № 33.
6. SALIH, Choman, et al. Effect of bending and compressive modulus of elasticity on the behaviour of timber-alternative railway sleepers supported by ballast. Case Studies in Construction Materials, 2021, e00597.
7. PANG, Yong, et al. Measurement of deformation of the concrete sleepers under different support conditions using non-contact laser speckle imaging sensor. Engineering Structures, 2020, 205: 110054.
8. FFU Synthetic Sleeper | Railway Technology, 2010. https://www.renos.fi/. Accessed 23 Dec 2021.
9. CarbonLoc Pty Ltd. Comparison of Engineering Properties of Composite Materials for Sleepers; CarbonLoc Pty Ltd.: Toowoomba, Australia, 2014.
10. Axion, Axion Structural Innovations, ECOTRAX Composite Railroad Ties, 2019. https://axionsi.com/. Accessed 18 Jun 2022.
11. Integrico, IntegriTies, 2019. https://www.integrico.com/integrities. Accessed 25 Jun 2022.
12. Kondrashchenko V.I., WANG Chuang. A Study on the Flexural Stiffness of an Innovated Composite Sleeper. AIP conference proceeding, 2022 (in press).
13. Zhang Dan, Wang Ge, Zhang Wen-fu, Cheng Hai-tao. Mechanical properties of Phyllostachys pubescens. Journal of Central South University of Foresty & Technology. 2012, Jul. Vol. 32(7): 119-123. (In Chinese)
14. Callister, William D., and David G. Rethwisch. Materials Science and Engineering: An Introduction, 10th Edition. New York: Wiley, 2018.
15. Бродский В.З., Бродский Л.И., Голикова Т.И. и др. Таблицы планов эксперимента для факторных и полиномиальных моделей: Справ. изд. / Под. ред. В.В. Нали-мова. - М.: Металлургия, 1982. - 751 с.
16. Wei Wei, Yongfu Yang. The effect of shaping on the radial compressive load of small diameter bamboo [J]. Wood Processing Machinery, 2010, 21(6): 15-18. (In Chinese).
Influence of technological factors on the properties of composite sleepers of innovative design Kondrashchenko V.I., Wang Zhuang, Adilkhodzhaev A.I., Ismagilova L.I.
Russian University of Transport
For a composite sleeper of an innovative design, consisting of a filled polymer matrix reinforced with bamboo rods, an analysis was made of the influence of technological factors on its properties, presented as a complex indicator - the bending stiffness of the sleeper Gbend. By the method of planning experiments, mathematical models of Gbend were obtained, using which the degree of influence of technological factors on it was established, arranged according to the degree of influence on Gbend in the following sequence: elastic modulus of the sleeper matrix - outer radius of bamboo rods - their modulus of elasticity -distance from the lower (stretched) edge of the sleeper to the center of the upper bamboo rod. It is shown that in this case the bending rigidity of the composite sleeper changes in the range (0.77-1.85)-106 Pam4, which opens up the possibility of rational control of the properties of the sleeper in practice.
Keywords: experiment planning; composite sleeper; reinforcement with bamboo, flexural rigidity of the sleeper; technological
factors. References
1. Esveld C. Modern Railway Track (2nd Editon). Delft: MRT Proctions. 2001.
2. V. I. Kondrashchenko and Wang Zhuang. Composite rail foundations. Materials // Construction materials. 2020. No. 1-2. pp. 95-
111.
3. V. I. Kondrashchenko, A. V. Savin, and Wang Zhuang. Composite rail foundations. Constructions // Construction materials.
2020. No. 10. S. 52-76.
4. Kondrashchenko V.I., Kharchevnikov V.I., Storodubtseva T.N., Bondarev B.A. Wood fiber composite sleepers. - M .: Publishing
house "Sputnik +", 2009. - 311 p.
5. RF patent 2707435. Composite sleeper. Kondrashchenko V.I., Askadsky A.A., Askadsky A.A., Moroz P.A., WANG Zhuang,
JING Guoqing. Application date: 02/28/2019. Published: 26.11.2019 Bull. No. 33. 6 SALIH, Choman, et al. Effect of bending and compressive modulus of elasticity on the behavior of timber-alternative railway sleepers supported by ballast. Case Studies in Construction Materials, 2021, e00597.
7. PANG, Yong, et al. Measurement of deformation of the concrete sleepers under different support conditions using non-contact
laser speckle imaging sensor. Engineering Structures, 2020, 205:110054.
8. FFU Synthetic Sleeper | Railway Technology, 2010. https://www.renos.fi/. Accessed 23 Dec 2021.
9. CarbonLoc Pty Ltd. Comparison of Engineering Properties of Composite Materials for Sleepers; CarbonLoc Pty Ltd.:
Toowoomba, Australia, 2014.
10. Axion, Axion Structural Innovations, ECOTRAX Composite Railroad Ties, 2019. https://axionsi.com/. Accessed 18 Jun 2022.
11. Integrico, IntegriTies, 2019. https://www.integrico.com/integrities. Accessed 25 Jun 2022.
12. Kondrashchenko V.I., WANG Chuang. A Study on the Flexural Stiffness of an Innovated Composite Sleeper. AIP conference proceeding, 2022 (in press).
13. Zhang Dan, Wang Ge, Zhang Wen-fu, Cheng Hai-tao. Mechanical properties of Phyllostachys pubescens. Journal of Central
South University of Foresty & Technology. 2012 Jul. Vol. 32(7): 119-123. (In Chinese)
14. Callister, William D., and David G. Rethwisch. Materials Science and Engineering: An Introduction, 10th Edition. New York: Wiley, 2018.
15. Brodsky V.Z., Brodsky L.I., Golikova T.I. Tables of experimental plans for factorial and polynomial models: Ref. ed. / Under. ed. V.V. Nalimov. - M.: Metallurgy, 1982. - 751 p.
16. Wei Wei, Yongfu Yang. The effect of shaping on the radial compressive load of small diameter bamboo [J]. Wood Processing
Machinery, 2010, 21(6): 15-18. (In Chinese).
