Desarrollo e implementación de modelos vibro-acústicos unidimensionales de la vía ferroviaria para la reducción de ruido

Abstract

[ES] En la actualidad, la contaminación acústica proveniente de la vía es uno de los mayores inconvenientes del sector ferroviario. Por ello, se están desarrollando modelos dinámicos más precisos para estudiar con detalle la dinámica vibratoria y la radiación sonora del carril. En este trabajo se lleva a cabo el desarrollo e implementación en código propio de modelos vibro-acústicos unidimensionales del carril ferroviario, comparando formulaciones en el dominio del tiempo y de la frecuencia, y calculando propiedades modales del sistema como son autovalores y autovectores, números de onda, tasa de decaimiento y funciones de respuesta en frecuencia. Finalmente se calcula la potencia acústica emitida por el carril, realizando un estudio paramétrico con la finalidad de reducir el ruido generado.

[EN] The main cause of noise pollution in railway vehicles is the presence of roughness in wheels and in the rail. The interaction between these elements in straight tracks leads to the rolling noise. This noise is studied in the present project. Once the inertial, elastic and dissipative properties have been selected, it is calculated the response to an unitary force in order to study which method is the most efficient computationally. Three different methods are presented: Finite Element Method, a method based on wave propagation and other related with wave superposition. Moreover, advantages and drawbacks of each method are exposed and the most suitable method for a periodic structure is selected. Then, with the fastest method, the contact force produced by the interaction wheel-rail is applied and it is obtained the response to this excitation. With it, it is calculated the acoustic power radiated by the track and results are analyzed. These results are presented in continuous frequency spectrum and in thirds of octave. Finally, parametric studies are carried out in order to find out the properties that affect this power. In particular, damping, stiffness and the cross-section area of the rail are analyzed.

[CA] La principal causa de la contaminació acústica en els vehicles ferroviaris és la presència de rugositat en les rodes i en el rail. La interacció entre aquests elements en trams rectes dóna lloc al soroll de rodament (“rolling noise”). Aquest soroll és estudiat en el present projecte. Una vegada escollides les propietats inercials, elàstiques i disipatives del carril, es calcula la resposta davant d’una força unitària amb la finalitat d’estudiar quin mètode és més eficient computacionalment. Es presenten tres procediments distints: El Mètode d’Elements Finits, un mètode basat en la propagació d’ones i un altre relacionat and la superposició d’ones. A més, s’exposen les avantatges i inconvenients de cada mètode i es conclou quin és més idoni per a una estructura periòdica. Després, amb la metodologia més ràpida, s’aplica la força de contacte produïda per la interacció roda-carril i s’obté la resposta a aquesta excitació. Amb ella, es calcula la potència acústica radiada del carril i s’analitzen els resultats. Aquests càlculs són presentats tant en l’espectre fi com en terços d’octava. Finalment, es duen a terme estudis paramètrics per a conéixer les propietats que afecten a la potència. En concret, s’analitza l’amortiment i la rigidesa de la base així com la secció transversal del carril.