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ANÁLISIS ESTRUCTURAL Y SIMULACIÓN DE ESTRUCTURAS DE VEHÍCULOS FERROVIARIOS

Ventajas de introducir el sistema de suspensión en el modelo de análisis estructural

CADE desarrolla habitualmente proyectos de análisis y simulación estructural de sistemas y elementos estructurales complejos mediante el método de elementos finitos. Este método suele utilizarse en las fases de diseño de equipos, elementos y/o partes de alta responsabilidad mecánica, cuyo comportamiento puede estar condicionado a nivel estructural por otros elementos o sistemas.

El análisis estructural por el método de elementos finitos puede realizarse en los bastidores de vehículos ferroviarios para caracterizar, de la forma más realista posible, la rigidez transmitida del sistema de suspensión al bastidor, según los requisitos de la norma «UNE-En 12663 (2014) Requisitos de dimensionamiento de vehículos ferroviarios». En estos análisis, la consideración de los sistemas de suspensión (bogies) en los modelos de cálculo resulta especialmente relevante. 

La diferencia entre considerar o no el sistema de suspensión en el modelo de análisis de elementos finitos, puede cuantificarse analizando las simulaciones de un bastidor de máquina ferroviaria de dos ejes, aplicando el método de los elementos finitos y utilizando software ANSYS. Para medir y comparar estos resultados, se deben tener en cuenta dos modelos de cálculo:

  • Modelo considerando el sistema de suspensión.
  • Modelo sin considerar el sistema de suspensión.

RESULTADOS DEL ANÁLISIS ESTRUCTURAL

Tensiones equivalentes von Mises stress (MPa)

Distribución de tensiones en ambos modelos de cálculo analizados (con y sin la consideración del sistema de suspensión).

Modelo considerando el sistema de suspensión

l modelo de elementos finitos (distribución de tensiones considerando el sistema de suspensión)
Detalle del modelo de elementos finitos (distribución de tensiones considerando el sistema de suspensión)

Modelo SIN CONSIDERAR el sistema de suspensión

l modelo de elementos finitos (distribución de tensiones sin considerar el sistema de suspensión)
detalle del model modelo de elementos finitos (distribución de tensiones sin considerar el sistema de suspensión)

En la validación de una estructura ferroviaria de este tipo, los resultados del análisis tensiones pueden ser los más determinantes.  Por lo tanto, la no consideración del sistema de suspensión en el modelo de cálculo puede ser una asunción demasiado conservadora, desde el punto de vista de la integridad estructural) y derivar en un aumento innecesario de los costes de material y fabricación.

CONCLUSIONES DEL ANÁLISIS ESTRUCTURAL

En conclusión, considerando el sistema de suspensión durante la validación de bastidores ferroviarios, CADE es capaz de:

  • Aligerar las estructuras ferroviarias y reducir costes de material y fabricación.
  • Obtener estructuras ferroviarias más seguras, gracias a la detección de modos de pandeo (no encontrados con el método de elementos finitos sin considerar el sistema de suspensión) y la obtención de factores de seguridad más altos frente a pandeo.

MÁS INFORMACIÓN

¿Qué es el sistema de suspensión ferroviario (bogie)?

El sistema de suspensión (bogie en inglés) está formado por dos suspensiones: una suspensión primaria (que transmite los esfuerzos entre las ruedas y el propio bogie); otra suspensión secundaria (que transmite los esfuerzos entre el propio bogie y el bastidor).

 Ambas suspensiones están formadas por una serie de muelles y amortiguadores que posibilitan la transmisión de los esfuerzos entre las ruedas, el bastidor y el bogie.

Sistema de suspensión en estructuras ferroviarias utilizado en modelo de elementos finitos
Bastidor ferroviario utilizado en las simulaciones con modelo de elementos finitos

Servicios avanzados de ingeniería, simulación y consultoría

CADE cuenta con más de 15 años de experiencia desarrollando proyectos de ingeniería mecánica y estructural en la industria del petróleo y la energía, entre otras industrias. Durante este tiempo, CADE ha sido una empresa pionera en el uso de aplicaciones de ingeniería asistidas por ordenador (CAE) y ofrece servicios avanzados de ingeniería, simulación y consultoría, incluyendo análisis estructurales, análisis de elementos finitos (FEA) y dinámicas de fluidos computacional (CFD) entre otros servicios.
Autor: Adrian García Moyano

con CADE, expertos en ingeniería

Para más información sobre servicios de diseño, ingeniería y/o consultoría de estructuras ferroviarias, puedes  llamar por teléfono al +34 967 19 01 72, escribir a cade@cadesoluciones.com o completar el siguiente formulario:
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