Análisis modal mediante elementos finitos de una vía ferroviaria a escala

Abstract

Este Trabajo de Fin de Grado se realiza con el objetivo de analizar el comportamiento dinámico de la vía férrea a escala ubicada en la cubierta de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla a través de un análisis modal. Se pretende obtener las frecuencias naturales y modos de vibración de los diferentes componentes de la sección de circuito ferroviario. Este proyecto se plantea como una continuación del trabajo de Ballester [1], al que se le realizan una serie de modificaciones descritas en el Capítulo 2, en busca de una mejor aproximación al comportamiento de la vía a escala. Los resultados de los nuevos modelos se comparan, después de la simulación, con los resultados numéricos y experimentales obtenidos en el proyecto de Ballester. En el primer Capítulo se realiza una introducción sobre la dinámica de vía, incidiendo en la influencia de la rigidez y los elementos elásticos, ubicados en la superestructura de la vía, en el comportamiento dinámico de esta. En el Capítulo 2 se explican las características de la vía a escala y se describen las modificaciones realizadas sobre el modelo de Ballester. Las principales diferencias entre ambos modelos son la inclusión de los apoyos troncocónicos, la estrategia de mallado, la utilización de otros tipos de elementos o la introducción de componentes de caucho, entre otras. El tercer Capítulo muestra los resultados numéricos obtenidos mediante ANSYS, un software especializado en simulaciones de estructuras a través de elementos finitos, de los diferentes modelos. Además de comentar los resultados, se comparan tanto con los resultados numéricos como con los resultados experimentales de Ballester, que se describen en el Apartado 3.6.1. Por último, el Capítulo 4 expone las conclusiones de este proyecto y las posibles mejoras por realizar en futuros trabajos.

This Final Degree Project is carried out with the aim of analysing the dynamic behaviour of the scaled railway track located on the roof of the School of Engineering of the University of Seville through a modal analysis. The aim is to obtain the natural frequencies and modes of vibration of the different components of the railway circuit section. This project is proposed as a continuation of Ballester's work [1], to which a series of modifications described in Chapter 2 are made, in search of a better approach to the full-scale track. The results of the new models are compared, after simulation, with the numerical and experimental results obtained in Ballester's project. In the first Chapter, an introduction is made to the dynamics of the track, focusing mainly on the influence of the stiffness and the elastic elements located in the superstructure of the track on its dynamic behaviour. Chapter 2 explains the main characteristics of the scaled track and describes the modifications made to the Ballester model. The main differences between both models are the inclusion of the troncoconic supports, the meshing strategy, the use of other types of elements or the introduction of rubber components, among others. The third Chapter shows the numerical results obtained from the different simulated models. In addition to commenting on the results, these are compared both with the numerical results and with the experimental results of Ballester, which are described in Section 3.6.1. Finally, Chapter 4 sets out the conclusions of this project and possible improvements to be made in future work.