Modelos simplificados de carril con soportes discretos para el estudio de problemas relativos a la dinámica ferroviaria

Abstract

[ES] El objetivo principal de este estudio es la obtención de resultados de las deformaciones verticales que se producen debido al contacto rueda-carril mediante el método de viga de Timoshenko y compararlo con el método MEM 1D con base Winkler como primera aproximación al modelado de la vía. Se compararán ambos métodos y se verán los puntos fuertes y débiles de cada uno. En el estudio se prescinde de utilizar modelos de contacto complejos y se considera que sobre el carril se sitúa una fuerza (la cual puede ser una fuerza constante, una fuerza armónica definida por el usuario o un registro de una fuerza real) que en el caso de Timoshenko se desplaza sobre el carril con el tiempo y en el caso del MEM 1D se mantiene en un punto espacial fijo mientras que es el carril el que se desplaza. Para todo el planteamiento (tanto Timoshenko como MEM 1D) se consideran condiciones de vía cíclica de forma que el problema se simplifica bastante. Esto hace que se impongan unas condiciones de contorno cíclicas para así reducir el estudio a un tramo de longitud L. Se explicará también como el método MEM 1D es más compatible con base Winkler que con traviesas, al ser estas elementos discretos en un planteamiento euleriano. Por lo tanto, se optará por estudiar el caso con base Winkler como primera aproximación puesto que con traviesas lo que se gana por fijar el contacto se pierde al desplazarse las traviesas.

[CA] L’objectiu principal d’aquest estudi es l’obtenció de resultats de les deformacions verticals que es produeixen degut al contacte roda-carril mitjançant el mètode de viga de Timoshenko y comparar-lo amb el mètode MEM 1D amb base Winkler com a primera aproximació al modelat de la vía. Es compararan ambdós mètodes i es voran els punts forts y els dèbils de cadascun d’ells. En el estudi es prescindeix d’utilitzar models de contacte complexos i es considera que sobre el carril es situa una força (la qual pot ser una força constant, una força harmònica definida per l’usuari o un registre de una força real) que en el cas de Timoshenko es desplaça sobre el carril amb el temps i en el cas del MEM 1D es manté en un punt espacial fix mentre que el carril es el que es desplaça. Per a tot el plantejament (tant Timoshenko com MEM 1D) es consideren condicions de via cíclica de forma que el problema es simplifica bastant. Açò fa que se imposen unes condicions de contorn cícliques per a així reduir l’estudi a una secció de longitud L. S’explicarà també com el mètode MEM 1D és més compatible amb base Winkler que amb travesses, al ser aquestes elements discrets en un plantejament eulerià. Per tant, s’optarà per estudiar el cas amb base Winkler com a primera aproximació posat que amb traveses el que es guanya per fixar el contacte es perd al desplaçar-se les travesas.

[EN] The main objective of this study is to obtain results of the vertical deformations that occur due to the wheel-track contact with the Timoshenko beam model and to compare it with the MEM 1D method with Wnkler base as a first approximation to the track modelling. Both methods will be compared and the strong and weak parts of each method will be stated. In the study complex contact models are not going to be used and it is supposed that a force (which can be a constant force, an harmonic force defined by the user or a register of a real force) is placed on the rail that in the case of Timoshenko it moves along the rail with the time and in the case of the MEM 1D is fixed at an spatial point while the rail is moving. For all the approach (both Timoshenko and MEM 1D), cyclic track conditions are considered so that the problem is quite simplified. This means that boundary cyclic conditions are imposed to reduce the study to a section of length L. It will be also explained that the MEM 1D method is more compatible with a Winkler base rather than with sleepers, being these discrete elements in an eulerian approach. Because of this, the Winkler base case will be the one chosen as a first approximation because with sleepers what is achieved by fixing the contact is lost by the movement of the sleepers.