Modelado del contacto rueda-carril para aplicaciones de simulación de vehículos ferroviarios y estimación del desgaste en el rango de baja frecuencia

Abstract

En el análisis de la dinámica ferroviaria el estudio del contacto rueda-carril representa un papel muy importante debido a que no sólo condiciona el movimiento de los vehículos en vía, con fenómenos asociados como la estabilidad o el confort, sino que también produce fenómenos de degradación como el desgaste asociado a baja frecuencia (desgaste de los perfiles) o alta frecuencia (desgaste ondulatorio en carriles) o fenómenos de fatiga de contacto en rodadura. Tras estudiar la bibliografía disponible relacionada con el contacto rueda-carril, en esta Tesis se ha desarrollado e implementado un modelo para resolver el problema completo de contacto, cuya aplicación es la simulación dinámica y la estimación de desgaste en el rango de baja frecuencia. Este modelo tiene en cuenta la geometría tridimensional del contacto rueda-carril y estima el área de contacto a partir de la interpenetración virtual entre perfiles. Para resolver el problema normal, se define una elipse equivalente al área de contacto no-elíptica y se asume una distribución de tensiones normales que sigue la teoría de Hertz. El problema tangencial se resuelve para la elipse equivalente con la opción de considerar el coeficiente de rozamiento variable. El desarrollo de este modelo de contacto se acompaña de resultados experimentales que permiten, o bien validar los resultados numéricos obtenidos con la aplicación del modelo de contacto, o bien parametrizar estos modelos para considerar distintas condiciones en el contacto. Por una parte, se utiliza la técnica de ultrasonidos, aplicada para el estudio del contacto entre superficies metálicas. Esta técnica permite obtener la forma y tamaño del área de contacto así como una estimación de la distribución de presiones normales. Por otra parte, se emplean curvas de tracción medidas experimentalmente en una máquina de doble disco para extraer los parámetros que definen el comportamiento tangencial del contacto rueda-carril bajo distintas condiciones.