Multibody Approach for Railway Dynamic Analysis

Abstract

In the work presented, a computational tool used for the dynamic simulation of railway vehicle systems was developed using multibody systems formulations. The model based on the multibody techniques developed by Shabana. With respect to other exciting methodologies the proposed one make use of a combined frame of references that permit the use of independent coordinates, with out the possibility to have singularity configurations depending on the rotation sequence. The combined frame of references used as a base for the formulation and modeling of wheel-rail contact problem with high precision. The program was designed for considering with a flexible form the different configuration of railway vehicles. The main structure of the program has the ability of making changes for enhancement of the wheel-rail contact model or the implementation of dynamic structure of the track, which considered to be future aspects for a PHD dissertation. The model used was applied to make a simulation for single bogie , also for a complete vehicle with two bogies. The obtained results of the dynamic response for a defined track composed of, tangent segment, transition curve which take the form of a clothoid curve, and finally circular curve with constant radius. The calculations were made for different velocities, lower than the critical in which the vehicle responded in stable form, and higher than the critical at which the instability of the vehicle was studied.i ResumenEn este trabajo se ha llevado a cabo el desarrollo de una herramienta computacional para la simulación dinámica de vehículos ferroviarios. El modelo está basado en técnicas multicuerpo debidas a Shabana. Con respecto a otras metodologías existentes, la propuesta hace uso de un conjunto de sistemas de referencia que permite el uso de coordenadas independientes sin la posibilidad de configuraciones singulares debida a grandes giros. El conjunto de sistemas de referencia sirve de base para formular de manera precisa el problema de contacto rueda-carril. El programa está diseñado para considerar de forma flexible distintas configuraciones de vehículo así como diversas geometrías de trazado. La estructura del programa está abierta a cambios orientados a la mejora del modelo de contacto rueda-carril o a la implementación de la dinámica estructural de la vía, aspectos del modelado que serán hitos en el desarrollo de una futura tesis doctoral. Se han llevado a cabo simulaciones de un bogie y de un vehículo completo con bogies. Los resultados corresponden a la respuesta dinámica asociada al trazado de una vía definida por un tramo recto, clotoide de transición y plena curva. Los cálculos fueron realizados para velocidades subcríticas en las que el vehículo responde de forma estable, y supercríticas en la que se aprecia el fenómeno de inestabilidad dinámica.iii Resum En este treball s'ha dut a terme el desenvolupament d'una ferramenta computacional per a la simulació dinàmica de vehicles ferroviaris. El model està basat en tècniques multicossos desenvolupades per Sha...