Análisis del comportamiento dinámico de un banco de ensayos HIL de pantógrafos con catenarias virtuales

Abstract

[ES] La Universidad Politécnica de Valencia desarrolló un banco de pruebas para pantógrafos con el uso de catenarias virtuales. El mismo consiste en una estructura en forma de pórtico con un sistema de excitación vertical eléctrico. Este será mejorado ampliando su rango de frecuencias, e incluyendo dos movimientos adicionales para la simulación: descentrado y peralte de curva. La investigación presente tiene como objetivo el desarrollo de un modelo virtual en elementos finitos del banco, para caracterizar el comportamiento dinámico y posteriormente utilizar el mismo, para realizar modificaciones y ampliar su rango de frecuencias de ensayo. Se realizó un análisis modal experimental a través de un martillo instrumentado y un acelerómetro. Con las FRF obtenidas y el programa Matlab® se reconstruyó un modelo virtual del banco para determinar las frecuencias naturales e identificar los modos de vibración principales. Después, con ayuda de los planos, fichas técnicas y datos reales, se desarrolló un modelo de elementos finitos con ayuda del programa ANSYS®. Se utilizó técnicas de modelado para representar todos los elementos de la estructura, así como sus respectivos ensambles. Utilizando los resultados del análisis modal experimental y del análisis modal de elementos finitos, se ajustó el modelo de elementos finitos para alcanzar los valores reales. Una vez ajustado el modelo de elementos finitos, se logró reproducir con excelente precisión el modo vertical y el modo lateral del banco de pruebas y con una precisión aceptable el modo axial y torsional con eje de rotación en ¿y¿.

[EN] The Polytechnic University of Valencia developed a test bench for pantographs with the use of virtual catenaries. It consists of a frame-shaped structure with a vertical electrical excitation system. This will be improved by expanding its frequency range, and including two additional movements for the simulation: offset and curve camber. The objective of this research is the development of a virtual model in finite elements of the bench, to characterize the dynamic behavior and later use it, to make modifications and expand its test frequency range. An experimental modal analysis was performed through an instrumented hammer and an accelerometer. With the FRF obtained and a Matlab® program, a virtual model of the bench was reconstructed to determine the natural frequencies and to identify the main vibration modes. Then, with the help of the plans, technical sheets and real data, a finite element model was developed with ANSYS® program. Modeling techniques were used to represent all the elements of the structure, as well as their respective assemblies. Using the results of the experimental modal analysis and the finite element modal analysis, the finite element model was adjusted to achieve the actual values. Once the finite element model was adjusted, it was possible to reproduce the vertical mode and the lateral mode of the test bench with excellent precision as well as the axial and torsional mode (axis of rotation in "y") with an acceptable precision.