Dynamic modelling of track-vehicle interaction in railway systems: effect of elastic properties of the track and substructure

Abstract

In Metro de Medellín as well as in several railway systems around the world, the presence of defects has generated a high cost associated with the maintenance and replacement of track components. These problems have been approached from different methods in the literature, in this case the analysis of the elastic properties of the track is proposed from the multibody modelling methodology. In this work the modelling of the CAF train of Metro de Medellín was carried out. The main components that affect the dynamic performance of the vehicle and its mechanical and geometric properties are identified, for the implementation of track model the elastic characterization of the track components is performed, and a discrete model that allows separating the stiffness of the pad and the ballast is proposed. With this, the analysis of how the elastic properties of the track affect the dynamic performance of the vehicle is proposed. The CAF train vehicle was modeled and validated through different methods including previous reports, vehicle accelerations in a specific area of the system, force distribution, among others. After validation, the elastic properties of the track were evaluated considering the measurements taken for its characterization, parameters such as accelerations in the wheelset, system frequencies, accelerations in the sleeper, among others, were evaluated. The results of this work correspond with typical behaviors found in recent studies. The comparison between the frequencies obtained from the model and the measured data shows a maximum difference of 10%. Finally, the results of the stiffness characterizations of the track are 57 kN/mm, which corresponds with the theoretical value reported in the literature of 50 kN/mm. (Tomado de la fuente)

En el Metro de Medellín, así como en diversos sistemas ferroviarios alrededor del mundo, la presencia de defectos ha generado un alto costo asociado al mantenimiento y reemplazo de componentes de la via. Esta problemática ha sido abordada desde distintos métodos en la literatura y en este trabajo se realizaron simulaciones multicuerpo para realizar el análisis de las propiedades elásticas de la vía. En este trabajo se realizó el modelamiento del tren CAF del Metro de Medellín. Para esto se realizó la identificación de los principales componentes que afectan el desempeño dinámico del vehículo y sus propiedades mecánicas y geométricas. Se implementó un modelo completo que incluyó la caracterización elástica de los componentes de la vía, y se planteó un modelo discreto que permitió separar la rigidez del pad y del balasto. Con este modelo se realizó el análisis del efecto de las propiedades elásticas de la vía en el desempeño dinámico del vehículo. Se realizó el modelamiento del vehículo del tren CAF y la validación a través de distintos métodos incluyendo reportes previos, aceleraciones del vehículo en una zona determinada, distribución de fuerzas, entre otros. Luego de realizar la validación, se hizo la evaluación de las propiedades elásticas de la vía considerando las mediciones realizadas para la caracterización. Se evaluó la aceleración en el wheelset, las frecuencias del sistema, las aceleraciones en el durmiente, entre otros. Los resultados de este trabajo coinciden con los comportamientos típicos encontrados en estudios recientes, las comparativa entre las frecuencias obtenidas del modelo y los datos medidos en el sistema tienen una diferencia máxima del 10%, ademas, los resultados de las caracterizaciones de rigidez de la vía dan un promedio de 57kN/mm que se asemeja al valor teórico reportado en el estado del arte de 50 kN/mm.