بررسی خوردگی ناشی از جریان های پراکنده با فرکانس پایین بر روی زیرساخت های بتن مسلح در سیستم منبع تغذیه حمل و نقل ریلی با سرعت بالا

Investigation of the low-frequency stray current induced corrosion on reinforced concrete infrastructure in high-speed rail transit power supply system

چکیده
1 مقدمه
2 مدل ریاضی خوردگی جریان های پراکنده ناشی از جریان متناوب با فرکانس پایین
2.1 مدل هندسی ساختارهای بتنی تقویت شده
2.2 مدل عددی خوردگی ایجاد شده از جریان پراکنده ناشی از جریان متناوب با فرکانس پایین
3 مواد و روش ها
3.1 مواد مورد استفاده در آزمایش
3.2 تست الکتروشیمیایی
4 بحث و نتیجه گیری
4.1 نتایج تست تافل
4.2 پیاده سازی عددی
4.3 تطبیق آزمایشگاهی
5 جمع بندی
میزان مشارکت نویسندگان
اعلان تعارض منافع
تقدیر و تشکر
مراجع

چکیده

حمل و نقل ریلی الکتریکی پرسرعت (HSERT ) در سراسر جهان گسترش فراوانی داشته است. با این وجود زیرساخت های بتنی تقویت شده (RCI )، علی الخصوص زیرساخت های مورد استفاده در سکوی پل های راه آهن، در معرض خطر ترک خوردگی براثر جریان های پراکنده می باشند. تحقیق حاضر به بررسی مکانیزم ایجاد ترک بر اثر جریان های پراکنده با فرکانس پایین اختصاص داشته پایه ای علمی برای تعمیر، پایداری و طراحی عملکرد زیرساخت های بتنی در طول عمر استفاده از آن ها فراهم می نماید. مدل ریاضی مربوط به ترک های ایجاد شده به دلیل جریان های پراکنده با فرکانس پایین با در نظر گرفتن توزیع فضایی و زمان مصرف اکسیژن در کنار اشباع حفرات موجود در زیرساخت های بتنی تقویت شده ایجاد گردیده اند. به دلیل نوسانات غلظت اکسیژن از حالت شبه پایا استفاده شده و رفتار خوردگی زیرساخت های بتنی تقویت شده با اشباع حفرات مختلف نسبت به جریان های پراکنده با فرکانس پایین به صورت سیستماتیک با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج مدل ریاضی به وسیله اندازه گیری های پتانسیل نیم سلول مورد بررسی قرار گرفته اند.

1 مقدمه

رشد سریع حمل و نقل ریلی برقی پرسرعت در مواجهه با نیازمندی های گوناگون در حوزه های ذخیره انرژی، حفاظت از محیط زیست و توسعه پایدار به تدریج تبدیل به یکی از اساسی ترین شیوه های حمل و نقلی شده است. زیرساخت های بتنی تقویت شده، خصوصا زیرساخت های مورد استفاده در پل های راه آهن، نقش مهمی را در امنیت این روش حمل و نقل ایفا می کنند. با این وجود خوردگی های ایجاد شده بر اثر جریان های پراکنده از حمل و نقل ریلی الکتریکی تاثیر به سزایی بر پایداری و طول عمر این زیرساخت های بتنی دارند [2].

5 جمع بندی

در پی گسترش سریع حمل و نقل ریلی پرسرعت جریان پراکنده به یک خطر احتمالی در تخریب پایداری زیرساخت های بتنی تقویت شده تبدیل شده است. تحقیق حاضر به بررسی مکانیزم خوردگی جریان های پراکنده اختصاص داشته و پایه ای را برای تحقیقات آتی (شامل تخمین قابلیت تعمیر، پایداری و طراحی عملکردی دوره کاری ساختارهای بتنی تقویت شده، در کنار بهینه سازی سیستم های محافظت در برابر خوردگی) فراهم می آورد. از سوی دیگر در این تحقیق از جریان های پراکنده با فرکانس پایین استفاده شده که به شرایط واقعی نزدیک تر بوده و توزیع فضایی و میزان مصرف زمانی اکسیژن (عامل قطبش زای ضروری برای فرآیند کاتد) نیز در نظر گرفته شده است. علاوه براین میزان اشباع حفرات ملات نیز در روش المان محدود مورد توجه قرار گرفته است.

Abstract

High-speed electrified rail transit (HSERT) has been developed intensely worldwide. However, the reinforced concrete infrastructure (RCI), especially for the deck of viaducts, has the risk of stray current (SC) induced corrosion. The present research is dedicated to revealing the mechanism of low-frequency SC (LSC) induced corrosion and providing a scientific basis to ensure serviceability, sustainability and cycle-life performance design of RCI. Considering the spatial distribution and time consumption of oxygen as well as pore saturation of RCI, the mathematical model of LSC induced corrosion is established. Based on the fluctuations of oxygen concentration, the quasi-steady state is proposed. And the corrosion behaviors of RCI with different pore saturation subjected to LSC are compared systematically. The results of mathematical model are verified by the measurement of half-cell potential.

1 Introduction

The rapid development of the high-speed electrified rail transit (HSERT) meets the strategic requirements of energy conservation, environmental protection and sustainable development, which has gradually become one of the most vital modes of transportation for individuals. The reinforced concrete infrastructures (RCI), especially for the viaducts, play a significant role in the safety of HSERT. However, corrosion induced by stray current (SC) from HSERT seriously affecting the durability of RCI[2].

5 Conclusion

The SC has become a potential hazard deteriorates the durability of RCI due to the rapid development of HSERT. The present research is dedicated to revealing the corrosion mechanism of SC and providing basis for subsequent researches (including the evaluation of serviceability, sustainability and cycle-life performance design of RCI as well as the optimization of corrosion protection system). On the one hand, the LSC which is closer to the actual project is adopted; on the other hand, the spatial distribution and time consumption of oxygen concentration (as the crucial depolarizer for cathode process) as well as the pore saturation of the mortar are considered in FEM.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بررسی خوردگی ناشی از جریان های پراکنده با فرکانس پایین بر روی زیرساخت های بتن مسلح در سیستم منبع تغذیه حمل و نقل ریلی با سرعت بالا

Investigation of the low-frequency stray current induced corrosion on reinforced concrete infrastructure in high-speed rail transit power supply system

مطالعه مدل سازی و استقامت شبکه های حمل و نقل ریلی با استفاده از شبکه های پتری زماندار

Modeling and Robustness Study of Railway Transport Networks Using P-Timed Petri Nets

1. مقدمه

2. متون تحقيقاتي مربوطه

3. مطالعه موردی: شبکه حمل و نقل ریلی

3. 1. نمایشی از شبکه خطوط ریلی

3. 2. مدلسازی شبکه حمل و نقل ریلی

4. استقامت در مواجهه با اختلالات زمان

4. 1. تعاريف اصلي

4. 2. رویکرد استقامت

5. نتیجه گيري

سیستم های حمل و نقل عمومی روز به روز اهمیت بيشتري مي يابند. این سیستم ها باید پاسخگوي تقاضاي فزاينده برای جابه جايي جمعیت و ازدحام ترافیکي باشند. شبکه های حمل و نقل ریلي می توانند به عنوان سیستم های رویداد گسسته (DES) با محدودیت هاي زماني در نظر گرفته شوند. عامل زمان یک پارامتر حیاتی است، زیرا شامل داده‌هايي است که باید به منظور جلوگيري از همپوشانی، تاخیر و برخورد بین قطارها لحاظ شوند. شبكه‌هاي پتري زماندار به عنوان ابزارهاي قدرتمند مدل سازی و تجزیه و تحلیل برای سیستم های حمل و نقل ريلي شناخته شده اند. اختلالات زمانی در این سیستم ها شامل زیرساخت های ريلي، مدیریت ترافیک و اختلالات (آب و هوا، موانع در مسير، تخريب، جنبش اجتماعی، و غیره) است. پيشرفت‌هاي ارائه شده در این مقاله به مدل سازی و بررسی استقامت سیستم های حمل و نقل ريلي به منظور ارزیابی ثبات و کارایی این شبکه ها اختصاص داده شده اند. در این مقاله دو استراتژی قدرتمند کنترل در جهت اختلالات زماني ارائه شده است. اولین استراتژي شامل جبران این اختلال به محض مشاهده آن به منظور جلوگیری از نقض محدودیت ها است. دومین استراتژي، اين امكان را فراهم مي‌سازد تا با کنترل، یک تاخیر زمانی یکسان با این اختلال به منظور اجتناب از نابودي علائم در سطوح تحولات هماهنگ با مدل شبكه پتری زماندار ايجاد شود.

1. مقدمه

در سیستم های حمل و نقل ريلي، اختلالات زمانی قابل پیش بینی یا جلوگیری نيستند. تحقیق ما بر رفع و جبران این اختلالات با استفاده از تکنیک های کنترل استقامت متمركز است.

استقامت به عنوان توانایی سیستم برای حفظ قابليت ‌ها در مواجهه با برخي تغییرات مورد انتظار و یا غیر منتظره تعریف شده است. این استقامت به ويژگي‌هاي مختلفي تعبير شده است. استقامت غیرفعال مبني بر تغییرات موجود در فواصل زمانی معتبر است. برای حفظ قابليت مورد نیاز هیچ اصلاح حلقه کنترلي وجود ندارد. از سوی دیگر، استقامت فعال از اختلالات زمان مشاهده شده برای تغییر حلقه کنترل به منظور برآوردن اين قابليت‌ ها استفاده مي نمايد.

5. نتیجه گيري

مدلسازی و بررسي استراتژی کنترل استقامت در مواجهه با اختلالات که در سیستم  حمل و نقل ريلي  ساختار اصلي  این مقاله را تشكيل مي‌دهد. شبکه های پتری زماندار برای  مدل سازی استفاده شده اند.  برخي تعاریف به منظور به ساختن یک تئوری در مورد مسئله استقامت ذكر شده اند.

دو روش برای کنترل استقامت ارائه شده است. اولین روش شامل جبران اختلال به محض مشاهده آن به منظور جلوگیری از نقض محدودیت در سطح انتقال همزمان مدل شبكه پتري زمان دار می باشد.  دومین استراتژی امكان تولید یک وقفه زمانی یکسان با اختلال را توسط کنترل،  در مسیر موازی انتشار اختلال فراهم مي‌سازد. نشان داده شده است که ایجاد استراتژی امكان جلوگیری از وقايع پيش‌بيني شده فاجعه آميز و اجتناب از نقض محدودیت های زمانی را به منظور تضمین ثبات و ایمنی  ترافیک راه آهن را فراهم مي‌سازد.

Te importance of public transport systems continues to grow.Tese systems must respond to an increasing demand for population mobility and trafc disturbances. Rail transport networks can be considered as Discrete Event Systems (DES) with time constraints. Te time factor is a critical parameter, since it includes dates to be respected in order to avoid overlaps, delays, and collisions between trains. P-time Petri Nets have been recognized as powerful modeling and analysis tools for railway transport systems. Temporal disturbances in these systems include railway infrastructure, trafc management, and disturbances (weather, obstacles on the tracks, malice, social movement, etc.). Te developments presented in this paper are devoted to the modeling and the study of the robustness of the railway transport systems in order to evaluate the stability and the efciency of these networks. In this study two robust control strategies towards time disturbances are presented. Te frst one consists of compensating the disturbance as soon as it is observed in order to avoid constraints violation. Te second one allows generating, by the control, a temporal lag identical to the disturbance in order to avoid the death of marks on the levels of synchronization transitions of the P-time Petri net model.

1. Introduction

In railway transport systems, a temporal disturbance cannot be predicted or prevented. Our research focuses on the elimination and compensation of these disturbances by an application of robustness control techniques.

The robustness is defned as the ability of the system to preserve the specifcations facing some expected or unexpected variations. Te robustness is interpreted into diferent specializations. Te passive robustness is based upon variations included in validity time intervals. Tere is no control loop modifcation to preserve the required specifcations. On the other hand, active robustness uses observed time disturbances to modify the control loop in order to satisfy these specifcations.

5. Conclusion

The modeling and the study of the robust control strategy facing disturbances in railway transport system constitute the main contributions of this paper. P-time Petri nets are used for modeling. Some defnitions are quoted in order to build a theory dealing with robustness problem.

Two approaches for the robust control are presented. Te frst one consists of compensating the disturbance as soon as it is observed in order to avoid constraints violation on the levels of synchronization transitions of P-time PN model. Te second strategy allows generating by the control, a temporal lag identical to the disturbance, on the parallel path of the propagation of the disturbance. It is shown that the established strategy allows averting catastrophic scenarios and avoiding the violation of time constraints in order to guarantee the stability and safety of railway trafc.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مطالعه مدل سازی و استقامت شبکه های حمل و نقل ریلی با استفاده از شبکه های پتری زماندار

Modeling and Robustness Study of Railway Transport Networks Using P-Timed Petri Nets