Optimization of the energy capture system through the third rail in a rolling stock vehicle. Solution 7

Abstract

[ES] Este proyecto tiene como objetivo la optimización del sistema de captación de corriente por tercer carril de un vehículo ferroviario. Este componente se coloca en la parte inferior del bogie y está formado por diferentes placas soldadas, tiene restricciones geométricas en el tamaño y posición de los soportes para no superponerse con otros componentes. En servicio, se debe garantizar la integridad estructural frente a las acciones definidas en las normas europeas EN 13749 y DVS 1612. Es importante tanto la reducción del peso como el coste de fabricación del componente, ya que depende fundamentalmente de las dimensiones de las placas y del tipo y longitud de soldadura. La función objetivo para el problema de optimización ponderará tanto el peso como el costo de fabricación. La optimización se realizará generando una macro que contenga un modelo paramétrico del componente. Esta macro se implementará en el software de análisis de elementos finitos Ansys®, creando la geometría, las condiciones de contorno y la malla del componente. Esta macro también será utilizada por el software de optimización de diseño multidisciplinar (MDO) modeFRONTIER®, que buscará el valor óptimo de las variables geométricas, utilizando el algoritmo genético multiobjetivo (MOGA-II). Estas variables se escribirán en la macro que se ejecutará a través de Ansys®, examinando las diferentes geometrías y buscando la óptima. Finalmente, se definirán diferentes tipos de soldadura para la estructura, según la norma DVS 1612, con el fin de representar un modelo más realista. Esta optimización de la estructura sigue el procedimiento expuesto en la asignatura “Diseño asistido por ordenador mediante el método de los elementos finitos”.

[EN] This project aims to optimize the energy capture system through the so called third rail in a rolling stock vehicle. The component is placed in the inferior part of the bogie and is made by different welded plates, it has geometric design constraints in the size and position of the supports to avoid overlapping with other components. In service, structural integrity must be guaranteed against actions defined in European standards EN 13749 and DVS 1612. It is important to reduce both the weight and manufacture cost of the component, which depends fundamentally on the dimensions of the plates and the welding type and length. The objective function for the optimization problem considers both, the weight, and the cost of manufacture. The optimization will be put into practice by generating a macro containing a parametric model of the component. This macro will be implemented into the finite element analysis software Ansys®, creating the geometry, applying boundary conditions and mesh of the component. This macro will also be used by the multidisciplinary design optimization (MDO) software modeFRONTIER®, that will search for the optimal value of the geometry variables, using a multi-objective genetic algorithm (MOGA-II). These variables will be written in the macro that will be run through Ansys®, examining the different geometries and looking for the optimal one. Finally, different types of welds presented in the standard DVS 1612 will be used to define the different weld types in the structure, in order to represent a more realistic model. This design optimization follows the exposed procedure shown in the subject called "Diseño asistido por ordenador mediante el método de los elementos finitos".