Умные сплавы: защита железнодорожных путей от повреждений

Современные бетонные шпалы под воздействием постоянных нагрузок от железнодорожного транспорта деформируются и трескаются. Это приводит к снижению безопасности и необходимости частых ремонтных работ. Однако, новое исследование предлагает решение этой проблемы с помощью сплавов с памятью формы (SMA).

Учёные из Университета Иллинойса разработали метод, который позволяет использовать уникальные свойства SMA для восстановления первоначальной формы повреждённых шпал. Эти специальные металлы обладают способностью возвращаться к своему исходному состоянию после деформации, особенно под воздействием тепла.

Исследование, опубликованное в Journal of Transportation Engineering, Part A: Systems, демонстрирует, как SMA, встроенные в бетонные шпалы, могут компенсировать деформации, вызванные имитацией железнодорожных перевозок. Профессор Бассем Андравес, руководитель проекта, отметил, что эта технология является прорывной для железнодорожной инженерии. В настоящее время ведутся работы с коммерческим производителем шпал для внедрения и тестирования разработанных конструкций.

Традиционно для предотвращения деградации бетона используется предварительное напряжение, достигаемое за счёт стальных стержней. Однако этот метод не всегда эффективен, так как различные участки шпалы подвергаются разным нагрузкам, а также из-за смещения балласта, вызванного движением поездов.

SMA представляют собой идеальное решение, поскольку их можно независимо активировать с помощью встроенных источников тепла. Это позволяет reinforcement адаптироваться к конкретным условиям эксплуатации и распределению нагрузок в различных частях конструкции. SMA, по сути, являются 'умными материалами', которые 'помнят' свою первоначальную форму на молекулярном уровне.

Для активации SMA исследователи использовали индукционный нагрев, который не требует размещения электрического оборудования внутри шпалы. Работа над проектом проходила в три этапа: создание прототипов шпал совместно с компанией Rocla Concrete Tie, Inc., лабораторные испытания для определения оптимальной длины SMA, и, наконец, стресс-тесты, имитирующие реальные условия эксплуатации. Прототипы превзошли стандарты Американской ассоциации инженеров железнодорожного транспорта (AREMA).

Команда исследователей планирует продолжить сотрудничество с Rocla для коммерциализации технологии и проведения полномасштабных испытаний на реальных железнодорожных путях. Разработка соответствует и даже превосходит установленные стандарты, что делает её готовой к практическому применению в железнодорожной отрасли.