Nuevos desarrollos para la resolución del problema de contacto rueda-carril y su aplicación a simulaciones dinámicas

Resumo

TITUL0: NUEVOS DESARROLLOS PARA LA RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA DE CONTACTO RUEDA-CARRIL y SU APLICACIÓN A SIMULACIONES DINÁMICAS RESUMEN: El objetivo global de esta tesis es profundizar en el conocimiento de los diferentes fenómenos que intervienen en el problema del contacto rueda-carril con el fin de desarrollar algoritmos de cálculo que eliminen las principales limitaciones observadas en los métodos actuales. De esta manera se pretende reducir las incertidumbres y errores cometidos durante el proceso de diseño de los vehículos ferroviarios así como permitir el estudio con profundidad de problemas de difícil solución como puede ser, por ejemplo, el análisis de desgastes en cruzamientos. Es necesario añadir que a los métodos desarrollados a lo largo de esta tesis doctoral se les ha exigido un coste computacional suficientemente bajo como para poder ser utilizados en programas de simulación ferroviaria sin ral entizar en exceso las simulaciones. En lo referente al problema normal, se ha desarrollado un nuevo método denominado Método "S.R.S.T." que permite resolver el problema teniendo en cuenta la forma real de los cuerpos en contacto; esto es, sin asimilar la forma de estos a paraboloides tal y como hace la Teoría de Hertz. Además, se ha extendido el Método "S.R.S.T." para permitir la resolución del contacto multipunto así como la unión de dos áreas de contacto en una única zona. En lo referente al problema tangencial de contacto se ha realizado un estudio comparativo entre las diferentes teorías más utilizadas en el campo ferroviario. En este estudio se ha concluido que el algoritmo Fastsim es el método más adecuado para ser implementado en un simulador dinámico ya que combina una adecuada precisión con un coste computacional relativamente bajo. Una vez realizado el estudio anterior se ha procedido a mejorar el algoritmo Fastsim. Los objetivos perseguidos durante las mejoras han sido dos. Por un lado se ha pretendido reducir al mínimo el coste computacional del algoritmo. En este campo se ha desarrollado la formulación necesaria para calcular analíticamente las tensiones transmitidas a través de la zona de adhesión y se ha cambiado el método de integración para calcular las tensiones tangenciales en la zona de deslizamiento.Por otro lado, se han incluido posibilidades inicialmente no tenidas en cuenta en el algoritmo original. En esta área se ha trabajado en la resolución de áreas de contacto no elípticas, en la introducción en el algoritmo de un coeficiente de fricción variable con el deslizamiento y en el cálculo del momento de pivotamiento. The main objective of this work is to deepen in the knowledge of the different phenomena that take part in the wheel-rail contact problem in order to develop calculation algorithms that eliminate the main limitations observed in the actual methods. In this manner, it is foreseen to reduce the uncertainties and errors committed during the design stage of a railway vehicle as well as to allow the study of different problems of difficult solution as, for example, the wear analysis on crossings. An additional condition that has been imposed to the method developed throughout this doctoral thesis is a low enough computational cost in order to prevent the simulation slowing down to unacceptable levels. Concerning the normal problem, a new method (the "S.R.S.T." method) has been developed in order to take into account the real shape of the bodies in contact; that is, without assimilating the shape of this bodies to paraboloids (as Hertz Theory does). Moreover, the "S.R.S.T." method has been extended in order to allow the solving of the multicontact problem and the union of two contact areas. Concerning the tangential problem a comparative analysis between the different theories has been performed. in this study it has been established that the Fastsim algorithm is the most suitable method to be implemented in a railway simulator program, as it combines good accuracy with a relatively low computational cost once the aforementioned study has been performed, some modifications have been done in order to improve the characteristics of the Fastsim algorithms: reducing the computational cost, solving non-elliptical contact areas, introducing a falling friction coefficient and calculating the yawing moment