Development of new techniques for the numerical modelling of railway track dynamics. Application to rolling noise

Resumen

La modelización numérica es ampliamente usada en la predicción del comportamiento dinámico de la vía ferroviaria, que es de vital importancia en la caracterización de fenómenos perjudiciales en el rango de media y alta frecuencia, tales como, corrugación, ruedas fuera de redondez y la emisión de ruido. Este estudio está dedicado a la mejora de los modelos numéricos de vía ferroviaria, la resolución eficiente del problema en el dominio del tiempo y la evaluación del ruido de rodadura para diferentes aproximaciones del modelo de vía. Respecto a la mejora del modelo numérico de vía ferroviaria, dos ideas centrales han dirigido el desarrollo de esta tarea. Por un lado, la modelización del carril; por otro lado, la caracterización de la naturaleza finita de la longitud de los apoyos en vía. Las propuestas de este trabajo parten de dos premisas básicas, precisión y eficiencia computacional. En primer lugar, el estudio hace uso de la teoría de vigas Timoshenko para la descripción numérica del carril. Sin embargo, el elemento finito Timoshenko convencional implica ciertos inconvenientes en la descripción del comportamiento dinámico del carril y el cálculo de la interacción rueda-carril. Estos problemas son abordados mediante la mejora de la formulación del elemento finito, que se basa en la descripción de sus desplazamientos locales. En segundo lugar, la versatilidad de los métodos numéricos es explotada para desarrollar un modelo de apoyo distribuido. Éste sustituye el modelo común de apoyo concentrado, que conlleva la sobreestimación de los efectos debidos a la periodicidad, y perturba la interacción rueda-carril en el dominio temporal. En tercer lugar, las ventajas de la formulación de modelos numéricos en el dominio de la frecuencia son exploradas, centrándose en la capacidad para describir fielmente la dinámica de las traviesas, la mejora de los límites en los extremos del modelo y el modelaje realista del comportamiento disipativo de los componentes de la vía. Además, la respuesta en el dominio frecuencial puede ser utilizada para obtener de forma eficiente la interacción rueda-carril en el dominio temporal, mediante las funciones de Green móviles. Finalmente, este trabajo trata con el problema del ruido de rodadura, en el que se hace un especial énfasis en la influencia del modelo dinámico de vía. A este respecto, se propone una metodología que considera la periodicidad de la fundación, la velocidad de la carga y la longitud finita de los apoyos.