ریل های با فناوری خودترمیم در خدمت ایمنی قطارها

01

از 03

آلیاژ حافظه‌دار چگونه کار می‌کند؟

آلیاژهای حافظه‌دار فلزاتی هوشمند هستند که توانایی «به خاطر سپردن» شکل اولیه خود را دارند. این فلزات پس از خم شدن یا پیچش با دریافت حرارت می‌توانند به حالت نخست بازگردند. اندراوس در بیانیه‌ای مطبوعاتی توضیح داد: «آلیاژهای حافظه‌دار از جمله مواد هوشمند هستند؛ می‌توانید آنها را به هر شکلی درآورید، اما ساختار مولکولی‌ آنها شکل اصلی را در ذهن خود نگه می‌دارد. این حافظه با اعمال گرما فعال می‌شود و فلز دوباره به حالت اولیه بازمی‌گردد. به همین دلیل، اگر منبع گرمایی وجود داشته باشد، این آلیاژ حافظه‌دار می‌تواند سازه‌ بتنی را به فرم دقیق ذخیره‌شده در حافظه‌ خود بازگرداند.»

اندراوس به‌همراه «ارنستو پرز-کلاروس»، دانشجوی کارشناسی ارشد خود برای اجرای این فناوری در تیرهای بتنی ریل، از روش گرمایش القایی بهره گرفتند؛ فناوری‌ که با ایجاد میدان الکترومغناطیسی متغیر، بدون نیاز به تعبیه تجهیزات الکتریکی در داخل بتن، آلیاژ را گرم می‌کند. آلیاژ با افزایش دما منقبض می‌شود و تیر بتنی را به موقعیت صحیح خود بازمی‌گرداند.

02

از 03

آزمایش و اثبات توانایی‌های فناوری خودترمیم ریل

این طرح در همکاری نزدیک با شرکت Rocla Concrete Tie, Inc، یکی از تولیدکنندگان تجاری تیرهای بتنی ریل توسعه یافت و طی سه مرحله‌ پژوهشی به سرانجام رسید. در مرحله‌ نخست، شرکت Rocla با تیم تحقیقاتی برای تعبیه آلیاژهای حافظه‌دار در تیرهای بتنی استاندارد همکاری کرد. سپس، عملکرد طول‌های متفاوت این آلیاژها در برابر فشار و خمش مورد آزمایش قرار گرفت. در گام نهایی نیز آزمایش‌های بارگذاری در مقیاس واقعی برای شبیه‌سازی ترافیک قطارها انجام شد. نتایج امیدوارکننده بود؛ تیرهای بتنی تقویت‌شده با آلیاژ حافظه‌دار نه‌تنها الزامات انجمن مهندسی و نگهداری خطوط راه‌آهن آمریکا (AREMA) را برآورده کردند، بلکه در برخی موارد از آن فراتر رفتند.

اندراوس در این‌باره گفت: «آنچه انجام می‌دهیم، به‌باور من در مهندسی حمل‌ونقل ریلی بی‌سابقه است. ما با یک تولیدکننده‌ تجاری تیرهای بتنی همکاری داریم تا طراحی‌های خود را در شرایط واقعی بیازماییم. در این پژوهش، فراتر از آزمایش‌های آزمایشگاهی پیش رفتیم و نشان دادیم که طرح ما با استانداردهای صنعت ریلی همخوانی دارد. از ادامه‌ این همکاری صنعتی و توسعه‌ یک طرح عملیاتی و کارآمد به‌راستی هیجان‌زده‌ هستیم.»

03

از 03

گامی نو به‌سوی بهره‌برداری واقعی در شبکه‌های ریلی

تیم پژوهشی دانشگاه ایلینوی اکنون آماده است تا از مرحله‌ آزمایشگاهی و کارخانه‌ای فراتر رود. آنان در نظر دارند با همکاری شرکت Rocla، سامانه‌ تیرهای بتنی مبتنی بر آلیاژ حافظه‌دار را وارد مسیر تجاری‌سازی کنند و کارایی آن را در شرایط واقعی عبور قطار در مرکز فناوری حمل‌ونقل وابسته به اداره‌ راه‌آهن فدرال در «پوئبلو» کلرادو آزمایش نمایند. اندراوس این مرحله را نقطه‌عطف مهمی دانست و عنوان کرد: «برای ما حیاتی بود که نتیجه‌ کار، فراتر از یک پژوهش دانشگاهی صرف باشد؛ می‌خواستیم فناوری‌ بسازیم که از دل آزمایشگاه بیرون آید و در صنعت به‌کار رود. زمانی که توانستیم نشان دهیم طراحی ما با استانداردهای AREMA هم‌خوانی دارد و حتی از آن پیشی می‌گیرد، ثابت کردیم که این طرح ظرفیت واقعی استفاده در خطوط ریلی را دارد و ما قصد داریم تا رسیدن به مرحله‌ اجرای عملی، آن را هدایت کنیم.»

این تیرهای ریل با فناوری «خودترمیم» می‌توانند در صورت موفقیت، هزینه‌های نگهداری را به میزان چشمگیری کاهش دهند، ایمنی شبکه‌های ریلی را افزایش دهند و طول عمر زیرساخت‌های حمل‌ونقل ریلی را در سراسر جهان گسترش بخشند.

یافته‌های این پژوهش در نشریه‌ Journal of Transportation Engineering, Part A: Systems منتشر شده است.