Development of a simulation tool for the dynamic analysis of railway vehicle - track interaction

• Autorzy: Shaltout R. , Ulianov C. , Baeza L.

Warianty tytułu

PL

Rozwój symulacyjnego narzędzia do analizy dynamiki interakcji pojazd szynowy - tor

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The importance of modelling and simulation in the field of railway systems has greatly increased in the last decades. Various commercial simulation packages have been developed and are used to analyse the dynamic performance of railway systems. However, although sometimes the user needs to analyse various non-standard solutions, the possibility to integrate further modifications into the structure of such software is quite limited. Therefore, in some cases, in particular for specific modelling and analysis tasks, a feasible option is to develop flexible and robust simulation tools capable of using different configurations by modifying the models performing the dynamic analysis. The paper presents the mathematical modelling background and the conceptual design of a new of a new computational tool for the dynamic simulation of railway vehicle systems. The formulations employed in the proposed mathematical model are based on the multibody techniques. The developed model uses a combined frame of references that allows the use of independent coordinates without the possibility to have singularity configurations depending on the rotation sequence. The simulation tool is designed in a flexible form that enables the study of different configurations of the railway vehicles, as well as various track combinations.

PL

W ostatnich dziesięcioleciach znacznie wzrosło znaczenie modelowania i symulacji w dziedzinie systemów kolejowych. Różne rodzaje symulacji komercyjnych pakietów zostały opracowane i są używane do analizy dynamiki wydajności systemów kolejowych. Jednak czasami użytkownik musi analizować różne niestandardowe rozwiązania, a możliwość integracji dalszych zmian w strukturze takiego oprogramowania jest dość ograniczona. W związku z tym w niektórych przypadkach, w szczególności dla konkretnych zadań modelowych, realną opcją jest opracowanie narzędzi symulacyjnych, pozwalających na elastyczne i niezawodne użycie różnych konfiguracji modeli przy wykonywaniu analizy dynamicznej. Artykuł prezentuje nowe narzędzie modelowania i obliczania dynamicznych symulacji układów pojazdu szynowego. Formuły stosowane w proponowanym modelu matematycznym są oparte na technikach wieloobiektowych.

Słowa kluczowe

EN

multibody; dynamic simulation; vehicle-track interaction; railway modelling; simulation tools; rail vehicle

PL

symulacja dynamiczna; interakcja pojazd-tor; modelowanie kolejowe; narzędzia symulacyjne; pojazd szynowy

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Transport Problems
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 10, z. spec.
• Strony: 47--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Shaltout R.

• NewRail - Newcastle Centre for Railway Research, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, NE1 7RU, United Kingdom

autor

Ulianov C.

• NewRail - Newcastle Centre for Railway Research, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, NE1 7RU, United Kingdom

autor

Baeza L.

• Centro de Investigación de Tecnología de Vehículos, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera s/n, Valencia, 46022, Spain

Bibliografia

• 1. Andersson, C. & Abrahamsson, T. Simulation of interaction between a train in general motion and a track. Vehicle System Dynamics. 2002. Vol. 38. No. 6. P. 433-455.
• 2. Andersson, E. & Berg, M. & Stichel, S. Rail Vehicle Dynamics: Fundamentals and Guidelines: Railway Technology. Railway technology. 1999.
• 3. Baeza, L. & Roda, A. & Nielsen, J.C.O. Railway vehicle/track interaction analysis using a modal substructuring approach. Journal of Sound and Vibration. 2006. Vol. 293. No. 1. P. 112-124.
• 4. Baumgarte, J. Stabilization of constraints and integrals of motion in dynamical systems. Computer methods in applied mechanics and engineering. 1972. Vol. 1. No. 1. P. 1-16.
• 5. de Jalón, J.G. & Bayo, E. Kinematic and dynamic simulation of multibody systems. Mechanical Engineering Series, Springer, New York. 1994.
• 6. Eich-Soellner, E. & Führer, C. Numerical methods in multibody dynamics. Springer. 1998.
• 7. Escalona, J. & Hussien, H. & Shabana, A. Application of the absolute nodal co-ordinate formulation to multibody system dynamics. Journal of Sound and Vibration. 1998. Vol. 214. No.5. P. 833-851.
• 8. Esveld, C. Modern railway track. Zaltbommel, Netherlands: MRT-productions. 2001.
• 9. Fisette, P. & Samin, J. Symbolic modeling of multibody system. Kluwer Acad. Pub. 2003.
• 10. Iwnicki, S.D. & Wickens, A.H. Validation of a MATLAB railway vehicle simulation using a scale roller rig. Vehicle System Dynamics. 1998. Vol. 30. No. 3-4. P 257-270.
• 11. Kortüm, W. Review of multibody computer, codes for vehicle system dynamics. Vehicle System Dynamics. 1993. Vol. 22. No. S1. P. 3-31.
• 12. Lichtberger, B. Track compendium. Hamburg. Eurailpress, Tetzlaff-Hestra GmbH & CO. KG 2005. P. 309-332.
• 13. Nikravesh, P.E. Computer-aided analysis of mechanical systems. Prentice-Hall, Inc. 1988.
• 14. Polach, O. & Berg, M. & Iwnicki, S. Simulation. In: S. Iwnicki ed. Handbook of railway vehicle dynamics. CRC press. 2006.
• 15. Pombo, J. & Ambrósio, J. & Silva, M. A new wheel–rail contact model for railway dynamics. Vehicle System Dynamics. 2007. Vol. 45. No. 2. P. 165-189.
• 16. Pombo, J. & Ambrósio, J.A. General spatial curve joint for rail guided vehicles: kinematics and dynamics. Multibody system dynamics. 2003. Vol. 9. No. 3. P. 237-264.
• 17. Schiehlen, W.O. Multibody systems handbook. Springer. 1990.
• 18. Shabana, A. & Chamorro, R. & Rathod, C. A multi-body system approach for finite-element modelling of rail flexibility in railroad vehicle applications. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics. 2008. Vol. 222. No. 1. P. 1-15.
• 19. Shabana, A.A. Dynamics of multibody systems. Cambridge university press. 2013.
• 20. Shabana, A.A. & Sany, J.R. A survey of rail vehicle track simulations and flexible multibody dynamics. Nonlinear Dynamics. 2001. Vol. 26. No. 2. P. 179-212.
• 21. Shabana, A.A. & Zaazaa, K.E. & Sugiyama, H. Railroad vehicle dynamics: a computational approach. CRC Press. 2010.
• 22. Wickens, A. Fundamentals of rail vehicle dynamics. CRC Press. 2005.