Mejora del modelo de interacción dinámica pantógrafo-catenaria

Abstract

[EN] The main objective of this Master’s Thesis is the development of a dynamical interaction simulation model between pantograph and catenary in high speed lines by means of the finite element method. The formulation of new elements has been carried out considering the existing methodology for calculating the initial configuration of the catenary and analyzing the dynamical performance in service, developed by the Department of Mechanical Engineering and Materials at the Universitat Politècnica de València. This work complements the aforementioned in order to consider more realistic static and dynamic effects due to other elements contained in the catenary system. Firstly, the formulation of the element used to model the messenger and contact wires has been modified so as to take into account lacks of continuity because of connections with other elements. On the other hand, the messenger wire suspension and the tensioning system have been modeled by means of springs, dampers and equivalent masses. Secondly, new pantographs models have been developed, including degrees of freedom of rotation of some components. Moreover, a catenary-several pantographs interaction simulating method has been programmed, on the basis of a rising distance of the pantographs to the height of the contact wire. Finally, the code developed in this project has been used in order to compare results obtained in a reference catenary simulation defined by an international group of research institutions, like the Vehicle Technology Research Centre of the Universitat Politècnica de València.

[ES] El presente Trabajo Fin de Máster tiene como objetivo principal el desarrollo de un modelo de simulación de la interacción dinámica entre pantógrafo y catenaria en líneas de alta velocidad mediante el método de los elementos finitos. La formulación de nuevos elementos se ha llevado a cabo considerando la metodología para el cálculo de la configuración inicial de la catenaria y su posterior análisis del comportamiento dinámico en servicio desarrollada en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Materiales de la Universitat Politècnica de València. El trabajo desarrollado complementa pues al anteriormente citado para representar efectos estáticos y dinámicos más realistas debidos a diversos elementos presentes en el sistema que forma la catenaria. En primer lugar, se ha modificado la formulación del elemento tipo cable, empleado para modelar el cable sustentador y de contacto, con el fin de considerar la no continuidad producida cuando éste se conecta con otros elementos. Por otro lado, se ha representado el soporte del cable sustentador y el sistema de compensación mecánica mediante un conjunto de resortes, amortiguadores y masas equivalentes. A continuación, se han desarrollado modelos de pantógrafos con grados de libertad adicionales que consideran la rotación de algunos componentes. Asimismo, se ha implementado una metodología para la simulación de la interacción entre la catenaria y más de un pantógrafo. Por último, el código implementado se ha utilizado para comparar los resultados obtenidos en la simulación de una catenaria de referencia definida por un conjunto internacional de grupos de investigación, entre los que se encuentra el Centro de Investigación de Tecnología de Vehículos de la Universitat Politècnica de València.

[CA] El present Treball Fi de Máster té com a objectiu principal el desenvolupament d’un model de simulació de la interacció dinàmica entre pantògraf i catenària en línies d’alta velocitat mitjançant el mètode dels elements finits. La formulació de nous elements s’ha dut a terme considerant la metodologia per al càlcul de la configuració inicial de la catenària i el seu posterior anàlisi del comportament dinàmic en servei desenvolupat al Departament d’Enginyeria Mecànica i Materials de la Universitat Politècnica de València. El treball desenvolupat complementa a l’anteriorment esmentat per a representar efectes estàtics i dinàmics més realistes deguts a diversos elements presents al sistema que forma la catenària. Per una part, s’ha modificat la formulació de l’element tipus cable, empleat per a modelar el cable sustentador i de contacte, per a considerar la no continuïtat produïda quan aquest es connecta amb altres elements. Per altre costat, s’ha representat el suport del cable sustentador i el sistema de compensació mecànica mitjançant un conjunt de ressorts, amortidors i masses equivalents. A continuació, s’han desenvolupat models de pantògrafs amb graus de llibertat que consideren la rotació d’alguns components. Així mateix, s’ha implementat una metodologia per a la simulació de la interacció entre la catenària i més d’un pantògraf. Per últim, el codi obtingut s’ha utilitzat per a comparar els resultats obtinguts en la simulació d’una catenària de referencia definida per un conjunt internacional de grups d’investigació, entre els quals es troba el Centre d’Investigació de Tecnologia de Vehicles de la Universitat Politècnica de València.