Implementación del Método de Elementos Móviles (MEM) como herramienta de mejora del modelado dinámico de alta frecuencia de una vía flexible en recta Alumno:

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1 Implementación del Método de Elementos Móviles (MEM) como herramienta de mejora del modelado dinámico de alta frecuencia de una vía flexible en recta Alumno: Sergio García Escudero Director: José Martínez Casas Codirector: Francisco D. Denia Guzmán Máster Ingeniería Aeronáutica Junio, 2017

2 Índice Introducción Objetivo Teoría de vigas 3D MEM
Interacción vehículo-vía Resultados Conclusiones

3 Índice Introducción Objetivo Teoría de vigas 3D MEM
Interacción vehículo-vía Resultados Conclusiones

4 Introducción Siglo XVI: Ámbito industrial mediante explotaciones mineras. Siglo XVII: Maderas Lingotes de Hierro Hierro forjado Primera línea ferroviaria: 15 de Abril 1830 en Inglaterra entre Liverpool y Manchester. Barcelona-Mataró en 1848. Actualidad: 15500 km de red ferroviaria. 3243 km vías de alta velocidad. País europeo con más km.

5 Índice Introducción Objetivo Teoría de vigas 3D MEM
Interacción vehículo-vía Resultados Conclusiones

6 Objetivo Obtener un método de comportamiento dinámico:
La deformación de la sección recta del carril. Apto en rangos de alta frecuencia. 3D Moving Element Method (MEM). Sustituir teoría de vigas de Timoshenko. Validación de los resultados.

7 Índice Introducción Objetivo Teoría de vigas 3D MEM
Interacción vehículo-vía Resultados Conclusiones

8 Teoría de Vigas 𝑝 𝑥,𝑡 −𝐸𝐼 𝑥 𝛿 4 𝑢 𝑥,𝑡 𝛿𝑥 4 =𝜌𝐴(𝑥) 𝛿 2 𝑢(𝑥,𝑡) 𝛿𝑡 2
Euler-Bernoulli 𝑝 𝑥,𝑡 −𝐸𝐼 𝑥 𝛿 4 𝑢 𝑥,𝑡 𝛿𝑥 4 =𝜌𝐴(𝑥) 𝛿 2 𝑢(𝑥,𝑡) 𝛿𝑡 2 Rayleigh 𝜌𝐴 𝛿 2 𝑢 𝛿𝑡 2 =− 𝛿 2 𝛿𝑥 2 𝐸 𝐼 𝑧 𝛿 2 𝑢 𝛿𝑥 𝜌 𝐼 𝑧 𝛿 4 𝑢 𝛿𝑥 2 𝛿𝑡 2 +𝑝(𝑥,𝑡) Timoshenko 𝐸𝐼 𝛿 4 𝑢 𝑥,𝑡 𝛿𝑥 4 −𝜌𝐼 1+ 𝐸 𝐾 ′ 𝐺 𝛿 4 𝑢 𝑥,𝑡 𝛿𝑥 2 𝛿𝑡 𝜌 2 𝐼 𝐾 ′ 𝐺 𝛿 4 𝑢 𝑥,𝑡 𝛿𝑡 4 +𝜌𝐴 𝛿 2 𝑢 𝑥,𝑡 𝛿𝑡 2 =𝑝(𝑥,𝑡)

9 Índice Introducción Objetivo Teoría de vigas 3D MEM
Interacción vehículo-vía Resultados Conclusiones

10 3D MEM Considera la deformación de la sección transversal. Consta de:
Sistemas Eulerianos Analizar comportamiento Obtención de la variación temporal Elementos Finitos Discretizar Funciones de interpolación Criterios 𝐄𝐜𝐮𝐚𝐜𝐢ó𝐧 𝐝𝐞 𝐌𝐨𝐯𝐢𝐦𝐢𝐞𝐧𝐭𝐨: 𝑴 𝒒 + 𝑪 𝝃 −𝟐𝑽 𝑪 𝒒 + 𝑲 − 𝑽 𝟐 𝑨 𝒒= 𝝓 𝑻 𝑭

11 Índice Introducción Objetivo Teoría de vigas 3D MEM
Interacción vehículo-vía Resultados Conclusiones

12 Interacción vehículo-vía
Técnica Subestructuración

13 Interacción vehículo-vía
Carriles: Enfoque Cíclico Traviesas: Soportes discretos Balasto Rigidez equivalente amortiguamiento Vehículo Eje montado: Dos ruedas y una suspensión primaria Eje flexible. Ecuación del eje: 𝒒 +𝟐𝛀 𝝓 𝑭𝑬 𝑻 𝒗 𝝓 𝑭𝑬 𝒒 + 𝑫+ 𝜴 𝟐 𝝓 𝑭𝑬 𝑻 𝑨−𝑪 𝝓 𝑭𝑬 𝒒= 𝜴 𝟐 𝝓 𝑭𝑬 𝑻 𝒄+𝑸

14 Índice Introducción Objetivo Teoría de vigas 3D MEM
Interacción vehículo-vía Resultados Conclusiones

15 Resultados Fuerza de contacto lateral para una rugosidad pseudoaleatoria a 50 km/h

16 Resultados Fuerza de contacto lateral para una rugosidad pseudoaleatoria a 350 km/h

17 Resultados Fuerza de contacto vertical para una rugosidad pseudoaleatoria a 50 km/h

18 Resultados Fuerza de contacto vertical para una rugosidad pseudoaleatoria a 350 km/h

19 Resultados Fuerza de contacto en tercios de octava bajo la excitación de una rugosidad a 50 km/h

20 Resultados Fuerza de contacto en tercios de octava bajo la excitación de una rugosidad a 350 km/h

21 Fuerza de contacto lateral para un plano de rueda a 50 km/h
Resultados Fuerza de contacto lateral para un plano de rueda a 50 km/h

22 Fuerza de contacto lateral para un plano de rueda a 350 km/h
Resultados Fuerza de contacto lateral para un plano de rueda a 350 km/h

23 Fuerza de contacto vertical para un plano de rueda a 50 km/h
Resultados Fuerza de contacto vertical para un plano de rueda a 50 km/h

24 Fuerza de contacto vertical para un plano de rueda a 350 km/h
Resultados Fuerza de contacto vertical para un plano de rueda a 350 km/h

25 Resultados Fuerza de contacto vertical en tercios de octava bajo la excitación de un plano de rueda a 50 km/h

26 Resultados Fuerza de contacto en tercios de octava bajo la excitación de un plano de rueda a 350 km/h

27 Pérdida de contacto en plano de rueda
Resultados Pérdida de contacto en plano de rueda

28 Índice Objetivo Motivación Historia Teoría de vigas 3D MEM
Interacción vehículo-vía Resultados Conclusiones

29 Conclusiones 3D MEM mejor para altas frecuencias.
Sistema de coordenadas euleriano Reducción costo computacional Rugosidad pseudoaleatoria Evolución y valor medio semejante. Timoshenko más brusco. Plano de rueda Mayor divergencia.

30 Muchas gracias por su atención

31 Implementación del Método de Elementos Móviles (MEM) como herramienta de mejora del modelado dinámico de alta frecuencia de una vía flexible en recta Alumno: Sergio García Escudero Director: José Martínez Casas Codirector: Francisco D. Denia Guzmán Máster Ingeniería Aeronáutica Junio, 2017