Mechanical behaviour of a hyperelastic pad for an integrated cross-tie trackwork system

摘要

This paper presents the material characteristics and application of a hyperelastic pad used in an integrated cross-tie trackwork configuration, which is part of an advanced rapid transit (ART) system. The ART vehicle is powered by a linear induction motor (LIM); correspondingly, the steel cross-tie trackwork includes a LIM reaction rail as well as running rails to support the steel-wheeled vehicle. An elastomeric pad is placed under each end of the cross-tie to absorb the dynamic effects from the ART. The pad has been isolated from the integrated cross-tie system and tested to determine its material constants which are necessary for modeling of the cross-tie system. The pad is found to be nearly incompressible and demonstrates hyperelastic behaviour. The Mooney-Rivlin (three-term) model shows the best prediction of the pad behaviour among the five selected hyper-elasticity models and a simplified elastic foundation model also exhibits a reasonable engineering approximation. The contribution of variable pad stiffness values to the size of the required air gap between the LIM and the reaction rail, and to the fatigue life of welded connections in the cross-tie is studied.Cet article présente les caractéristiques des matériaux et l'application d'un coussin hyper élastique utilisé dans un assemblage de rails avec traverses intégrées, qui fait partie d'un système de transport urbain rapide (« ART »). Un wagon ART est alimenté par un moteur linéaire asynchrone (« LIM »); ainsi, les rails à traverse en acier incluent un rail de réaction LIM ainsi que des rails de roulement pour soutenir le wagon à roues d'acier. Un coussin élastomère est placé sous chaque extrémité de la traverse afin d'absorber les effets dynamiques de l'ART. Le coussin est isolé du système de traverses intégrées puis mis à l'épreuve pour déterminer ses constantes matérielles requises pour modéliser le système à traverses. Le coussin s'est avéré presque incompressible et montre un comportement hyper élastique. Parmi les cinq modèles d'hyper élasticité sélectionnés, le modèle Mooney-Rivlin (trois termes) présente la meilleure prévision du comportement du coussin; un modèle simplifié de fondation élastique présente également une approximation technique raisonnable. La contribution des valeurs variables de la rigidité du coussin à la détermination de l'espace d'air requis entre le LIM et le rail de réaction ainsi qu'à la longévité à la fatigue des assemblages soudés dans la traverse est étudiée.