DISCRETE ELEMENT MODELLING OF PARTICLE DEGARDATION OF RAILWAY BALLAST MATERIAL WITH PFC3D SOFTWARE

Abstract

Purpose. It is a very important issue to be able to determine the accurate particle degradation of railway ballast material. There are three different – but connecting – methodology for that: 1) full scale field tests, 2) full scale or reduced scale laboratory tests, 3) computer modelling, mainly with discrete element method (DEM). Options no. 1 and no. 2 need a lot of time and money, but for option no. 3 sophisticated software is needed that can consider the accurate micromechanical characteristics of ballast bed material. Methodology. In this paper the authors summarize their results related to modelling, having applied a software that uses DEM for calculation, as well as laboratory tests, namely uniaxial compression tests with reduced scale and computer tomography. Findings. The authors obtained the results that the uniaxial compression test in laboratory was able to be modelled by DEM software with an initial precision but in the future should be specified. The results are certified by measurements performed by computer tomography method. Originality. It is a very complicated issue to model the particle breakage of railway ballast not only particle movements in DEM software. There are many available software packages at the ‘market’, e.g. PFC, EDEM, YADE. Some of them are quite expensive, the others can be controlled by significantly difficult manner (special programming technique is needed, command line, etc.) The authors applied not only laboratory loading tests, but sophisticated computer tomography for their research. Practical value The results can be useful for railway engineering area. This article is a part of a PhD research at Szechenyi Istvan University, the PhD student is Erika Juhász. Her aim is to develop a method to be able to determine the more accurate ballast breakage, as well as develop assessment methodology related to special measurement techniques (e.g. GOM techniques, computer tomography, etc.). The publishing of this paper was supported by ÚNKP–19-3–I–SZE–13 project.Мета. Визначення точного руйнування часток залізничного баластного матеріалу є досить важливою проблемою. Для цього існують три різні, але пов’язані між собою методики: 1) повномасштабні польові випробування; 2) повномасштабні або скорочені лабораторні випробування; 3) комп’ютерне моделювання, в основному з використанням методу дискретних елементів (МДЕ). Перший і другий варіанти вимагають багато часу і грошей, а для третього варіанта потрібне складне програмне забезпечення, яке може враховувати точні мікромеханічні характеристики матеріалу баластного шару. Метою цієї роботи є розробка методу, який дозволяє визначати більш точне руйнування баласту, а також розробка методології оцінки, пов’язаної зі спеціальними методами вимірювання (наприклад, методами GOM, комп’ютерною томографією тощо). Методика. У цій роботі автори підводять підсумки проведеного моделювання з використанням програмного забезпечення, що застосовує для розрахунку МДЕ, а також лабораторних випробувань, а саме скорочених випробувань на одновісне стискання, і комп’ютерної томографії. Результати. Автори отримали результати, згідно з якими лабораторні випробування на одновісне стискання можна було змоделювати за допомогою програмного забезпечення МДЕ з початковою точністю, що в подальшому потребує вдосконалення. Результати підтверджені вимірюваннями, виконаними методом комп’ютерної томографії. Наукова новизна. Моделювання руйнування часток залізничного баласту, а не тільки їх руху, у програмному забезпеченні МДЕ є складним завданням. Сьогодні на ринку є багато доступного програмного забезпечення, наприклад, PFC, EDEM, YADE. Одні програми досить дорогі, іншими складно управляти (необхідна спеціальна методика програмування, командна лінія тощо). Для своїх досліджень автори застосували не тільки лабораторні навантажувальні випробування, але й складну комп’ютерну томографію. Практична значимість. Результати цього дослідження можна застосовувати в галузі залізничного будівництва. Дана робота є частиною дослідження в аспірантурі Університету Іштвана Сечені, виконана аспіранткою Ерікою Юхас. Її метою є розробка методу, що дозволяє визначити більш точне руйнування баластного шару, а також розробка методології оцінки, пов'язаної зі спеціальними методами вимірювання (наприклад, методами GOM, комп'ютерною томографією і т. д.). Публікація цієї статті підтримана проектом ÚNKP–19–3–I–SZE–13.