Validación de un modelo de comportamiento dinámico integral del vehículo ferroviario y su interacción con la vía mediante el software comercial ADAMS/Rail en las condiciones de circulación del Benchmark de Manchester

Abstract

[ES] Este trabajo fin de Master se basa en la validación de un modelo de comportamiento dinámico integral del vehículo ferroviario (desarrollado en el CIIM) y su interacción con la vía mediante el software comercial ADAMS/Rail en varias condiciones de circulación. Estas condiciones son las definidas en el Benchmark de Manchester, de las cuales se utilizan el vehículo 1 y los Track Case II y III, junto con el estudio de guiado en curva de radio constante a dos velocidades diferentes. Además se realiza la validación del modelo mediante un análisis de estabilidad en vía recta. Este modelo integral estudia el comportamiento dinámico de un vehículo ferroviario tanto en baja como en alta frecuencia, teniendo en cuenta el modelado de la flexibilidad de los elementos que componen el sistema y considerando también los efectos inerciales asociados al giro. Aunque debido a las características del programa comercial ADAMS/Rail usado para la validación, el rango de alta frecuencia no se considera en los cálculos, pues ADAMS/Rail no tiene en cuenta nada más que las bajas frecuencias. Para la modelación del sistema se lleva a cabo una subestructuración en la que se formulan de forma separada los subsistemas que conforman el caso global, acoplándose posteriormente a través de las fuerzas intertransmitidas. El modelo de vía se conforma por unas condiciones de contorno cíclicas, lo que reduce el efecto de borde. Este TFM se centra en el análisis del comportamiento dinámico del vehículo en diferentes situaciones. Las dos primeras son los Track Case II y III del Manchester Benchmarks, en los cuales se analizan dos situaciones de irregularidades típicas en la vía. Las dos siguientes simulaciones son el análisis dinámico de guiado en curva, teniendo en cuenta dos curvas de radio y peralte diferentes, las cuales son trazadas a dos velocidades diferentes. Por último se realiza un análisis de estabilidad en recta con ambos modelos, para comparar la velocidad critica del vehículo, a partir de la cual este se vuelve inestable. Este tipo de programas son cada vez más importantes, dado que al simular el comportamiento del vehículo con un gran nivel de precisión, permite no tener que probar el vehículo in situ. En consecuencia supone un ahorro enorme, al evitar tener que hacer continuas pruebas sobre el vehículo, y una gran mejora en la seguridad, ya que no hace falta poner el tren en peligro para conocer sus límites.

[CA] Este treball fi de Màster es basa en la validació d'un model de comportament dinàmic integral del vehicle ferroviari (desenrotllat en el CIIM) i la seua interacció amb la via per mitjà del programari comercial ADAMS/Rail en diverses condicions de circulació. Estes condicions són les definides en el Benchmark de Manchester, de les quals s'utilitzen el vehicle 1 i els Track Case II i III, junt amb l'estudi de guiat en corba de ràdio constant a dos velocitats diferents. A més es realitza la validació del model per mitjà d'una anàlisi d'estabilitat en via recta. Este model integral estudia el comportament dinàmic d'un vehicle ferroviari tant en baixa com en alta freqüència, tenint en compte el modelatge de la flexibilitat dels elements que componen el sistema i considerant també els efectes inerciales associats al gir. Encara que a causa de les característiques del programa comercial ADAMS/Rail usat per a la validació, el rang d'alta freqüència no es considera en els càlculs, perquè ADAMS/Rail no té en compte ni més menys que les baixes freqüències. Per a la modelació del sistema es du a terme una subestructuració en la que es formulen de forma separada els subsistemes que conformen el cas global, acoblant-se posteriorment a través de les forces intertransmeses. El model de via es conforma per unes condicions de contorn cícliques, la qual cosa reduïx l'efecte de bord. Este TFM se centra en l'anàlisi del comportament dinàmic del vehicle en diferents situacions. Les dos primeres són els Track Case II i III del Manchester Benchmarks, en els quals s'analitzen dos situacions d'irregularitats típiques en la via. Les dos següents simulacions són l'anàlisi dinàmica de guiat en corba, tenint en compte dos corbes de ràdio i peralt diferents, les quals són traçades a dos velocitats diferents. Finalment es realitza una anàlisi d'estabilitat en recta amb ambdós models, per a comparar la velocitat critica del vehicle, a partir de la qual este es torna inestable. Este tipus de programes són cada vegada més importants, atés que al simular el comportament del vehicle amb un gran nivell de precisió, permet no haver de provar el vehicle in situ. En conseqüència suposa un estalvi enorme, a l'evitar haver de fer contínues proves sobre el vehicle, i una gran millora en la seguretat, ja que no cal posar el tren en perill per a conéixer els seus límits.

[EN] This Master Thesis is based on the validation of a model of integral dynamic behaviour of the railway vehicle (developed in the CIIM) and its interaction with the track through the commercial software ADAMS/Rail in various traffic conditions. These conditions are those defined in the Manchester Benchmarks, of which vehicle 1 and Track Cases II and III are used, together with the study of constant radius curve guidance at two different speeds. In addition, the validation of the model is carried out by means of a straight line stability analysis. This integral model studies the dynamic behaviour of a railway vehicle in both low and high frequency, taking into account the modelling of the flexibility of the elements that make up the system and also considering the inertial effects associated with the spin. Although due to the characteristics of the commercial program ADAMS/Rail used for validation, the high frequency range is not taken into account in the calculations, since ADAMS/Rail does not take into account anything other than low frequencies. For the modelling of the system, a substructurization is carried out in which the subsystems which make up the global case are formulated separately, subsequently coupling through the intertransmitted forces. The track model is made up of cyclic contour conditions, which reduces the edge effect. This Master Thesis focuses on the analysis of the dynamic behaviour of the vehicle in different situations. The first two are the Track Cases II and III of the Manchester Benchmarks, in which two situations of typical road irregularities are analysed. The following two simulations for dynamic curve guidance analysis, taking into account different radius and cant curves, which are plotted at two different speeds. Finally, carry out an analysis of safety on the straight with both models, to compare the critical speed of the vehicle, from which it can become unstable. This type of programs are increasingly important, since when simulating the behaviour of the vehicle with a high level of precision, which allows not having to test the vehicle on site. Which is a huge saving, to avoid having to do continuous tests on the vehicle, and a great improvement in safety, since it is not necessary to put the train in danger to know its limits.