Personal tools
You are here: Home Prezentace Bakalářské práce Numerické modelování georadaru pro stanovení propustnosti kolejového lože
Navigation
Log in


Forgot your password?
 
Document Actions

Numerické modelování georadaru pro stanovení propustnosti kolejového lože

by Tomáš Doktor last modified 2009-04-08 20:22

Bakalářská práce

Přiděleno: Petr Štěpánek

Vedoucí práce: Ondřej Jiroušek

Obhájeno: rozpracováno

Motivace

Důležitým trendem evropských železnic je využívání nedestruktivního monitoringu pro efektivní a včasnou údržbu tratí s cílem zajištění bezpečné přepravy nákladů a osob. Jedním ze směrů je využití možností technologie GPR (Ground Penetrating Radar).
Tato práce se zabývá možností využívání veličiny relativní permitivity prostředí pro zajištění včasné údržby pražcového podloží. Vypracování matematického modelu změn permitivity pražcového podloží v operačním období drážního tělesa by mělo přinést odpovědi na zásadní otázky pro praktické využití této studie.
Úkolem práce je tvorba parametrického modelu vhodného pro odvození kalibračních křivek pro měření propustnosti štěrkového lože. Cílem je vytvoření nomogramů pro různé stupně znečištění kolejového lože (simulované pomocí stupně zaplnění pórů), vhodných pro stanovení limitní hodnoty znečištění štěrkového lože. Modely budou uvažovány jako rovinné a řešení bude provedeno pomocí vyššího programovacího jazyka MATLAB.

Metoda

Pro numerickou analýzu je použito řešení Maxwellových rovnic šíření elmag. vlny prostředím pomocí numerické metody konečných diferencí v časové oblasti (Finite-difference time-domain, FDTD). Základním principem FDTD metody je diskretizace Maxwellových diferenciálních rovnic v prostoru i čase. Časové a prostorové derivace jsou nahrazeny časovými a prostorovými diferencemi. Složky elektrického pole (E) a magnetického pole (H) jsou propojeny do krychlové mřížky tak, že každá složka elektrického pole (E) je radiálně obklopena čtveřicí složek magnetického pole (H) a naopak.

Postup

Jedná se o tvorbu rovinných (2-D) parametrických modelů štěrkového lože, kterým prochází elektromagnetická vlna vysílaná anténou georadaru. Model štěrkového lože je definován jeho elektromagnetickými vlastnostmi, pórovitostí, znečištěním a obsahem vody ve znečištění. Z času průchodu elmag. vlny kolejovým ložem vypočteme výslednou relativní permitivitu podobně jako při skutečném měření na železniční trati.
Základním krokem je tedy vytvoření numerického modelu, kdy každá buňka je popsána svými elektromagnetickými vlastnostmi, které odpovídají buď štěrku jako hornině nebo mezeře mezi zrny štěrku (vzduch), která však může být zčásti vyplněna drobnými úlomky. Tyto úlomky na sebe dále do určité míry vážou vodu, čímž značně zvyšují relativní permitivitu v daném prostředí.
Ze zdroje umístěného na horním okraji štěrkového lože se modelem šíří elektromagnetická vlna a počítá se doba jejího průchodu k dolnímu okraji modelu, ze které se následně stanoví permitivita štěrkového lože. Štěrkové lože (jednotlivá zrna) se generuje náhodně tak, aby byla dodržena požadovaná pórovitost.
Z vypočtených hodnot permitivity štěrkového lože pro všechny kombinace vstupních parametrů bude možno sestavit vhodné nomogramy, které pro danou výchozí permitivitu horniny a pórovitost kolejového lože umožní např. stanovit stupeň znečištění (zaplněnost pórů) v závislosti na množství vody vázané na tyto drobné částečky. Pomocí těchto nomogramů by pak bylo možné stanovit limitní hodnoty znečištění kolejového lože a určit např. čas, kdy má být provedeno jeho vyčištění nebo i výměna.


Powered by Plone CMS, the Open Source Content Management System

This site conforms to the following standards: