Numerical Methods of Validation of Valve Systems of Railway Hydraulic Dampers

• Autorzy: Czop P. , Woźniak M.

Warianty tytułu

PL

Numeryczne metody walidacji systemów zaworowych amortyzatorów kolejowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work presents a method to accelerate the process of configuration and calibration of shim washer valve systems which are used in railway hydraulic dampers. The advantage of the method is possibility to reduce the shim fatigue failure risk during train operation. This failure causes a sudden drop of a damping force influencing negatively safety of passengers. Fatigue verification is an important phase of configuration and calibration process of a valve system. The verification is conducted based on the detailed simulation model of the valve system established (formulated) with a finite element method. The mesh density was determined using a sensitivity analysis regarding the number of finite elements. The force and flow balance were used to formulate the system model. The model was calibrated based on experimental measurements conducted on the servo-hydraulic tester. The verification process allows to determine the critical von Misses stress level in elastic components of a valve system. The work showed the feasibility of accelerated configuration and calibration process of shim washer valve systems modeling their mechanical and hydraulic properties.

PL

W artykule zaprezentowano metodę umożliwiającą skrócenie czasu wymaganego w procesie konfiguracji oraz kalibracji podkładowych (dyskowych) systemów zaworowych stosowanych w tłumikach hydraulicznych przeznaczonych do pojazdów szynowych. Zasadniczą zaletą metody jest możliwość zmniejszenia ryzyka uszkodzenia zmęczeniowego zaworu w trakcie eksploatacji, wiążącego się z nagłym spadkiem siły tłumiącej w układzie zawieszenia wózka pojazdu szynowego, co ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo pasażerów. Zasadniczą operacją w procesie konfiguracji oraz kalibracji jest weryfikacja wytrzymałościowa systemów zaworowych. Weryfikacja jest prowadzona na podstawie szczegółowego modelu symulacyjnego systemu zaworowego wykonanego metodą elementów skończonych. Dobór siatki modelu przeprowadzono na podstawie analizy wrażliwości wyników modelu na liczbę użytych elementów dyskretnych. W celu symulacji działania kompletnego tłumika hydraulicznego, sformułowano model systemowy na podstawie bilansu sił oraz przepływów wewnętrznych tłumika. Model systemowy skalibrowano na podstawie pomiarów eksperymentalnych przeprowadzonych na stanowisku serwo-hydraulicznym. Weryfikacja wytrzymałościowa umożliwiła wyznaczenie granicznych dopuszczalnych naprężeń złożonych w podatnych elementach systemu zaworowego. Artykuł wykazał możliwość wykonania przyśpieszonej konfiguracji oraz kalibracji podkładowych (dyskowych) systemów zaworowych uwzględniając ich weryfikację niezawodnościową przez modelowanie ich właściwości mechanicznych i hydraulicznych.

Słowa kluczowe

EN

hydraulic damper; damping force; disc valve; numerical model; fatigue strength

PL

tłumik hydrauliczny; siły tłumienia; zawór dyskowy; model numeryczny; wytrzymałość zmęczeniowa

• Wydawca: Instytut Kolejnictwa
• Czasopismo: Problemy Kolejnictwa
• Rocznik: 2015
• Tom: Z. 167
• Strony: 25--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czop P.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Woźniak M.

• Tenneco Automotive Eastern Europe Sp. z o.o., Gliwice

Bibliografia

• 1. Chakrabarty J.: Applied Plasticity, Springer Science&Busines Media, 2000.
• 2. Chandrashekhara K.: Theory of Plates, Orient Blackswan, 2001.
• 3. Czop P., Sławik D., Śliwa P., Static Validation of a Model of a Disc Valve System Used in Shock Absorbers, Int. J. Vehicle Design, Vol.53, No. 4, 2010, s. 334–337.
• 4. Czop P. et al.: Simplified and advanced models of a valve system used in shock absorbers, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Issue 2, April 2009.
• 5. Den Hartog J.P.: Advanced Strength of Materials, Courier Dover Publications, 1987.
• 6. Dixon J.: The shock absorber handbook, Professional Engineering Publishing Ltd and John Wiley, s. 15–54.
• 7. Duym S., Dupont S., Coppens D.: Data Reduction of Durability Tests for Shock Absorbers, 23rd International Seminar on Modal Analysis, Leuven, Belgium (1998).
• 8. Duym S., Lauwerys X.: Methodology for Accelerating Life Tests on Shock Absorbers, SAE 2001 Transactions Journal of Passenger Cars, Vol. 110, No7, s. 542–549.
• 9. Iwnicki S.: Handbook of Railway Vehicle Dynamics, Taylor & Francis Group, New York, 2006.
• 10. Kachanov L.M.: Fundamentals of the Theory of Plasticity, Courier Dover Publications, 2004.
• 11. Lee Y. et al.: Fatigue testing and analysis, Elsevier Inc., Oxford, 2005.
• 12. Reddy J.N.: Theory and Analysis of Elastic Plates, Taylor & Francis, 1999.
• 13. Shuanbao Y. et al.: Optimization design for aerodynamic elements of high speed trains, Computers &Fluids, Volume 95, 22 May, p. 56–73.
• 14. Ventsel E., Krauthammer T.: Thin Plates and Shells: Theory, Analysis, and Applications, CRC Press, 2001.
• 15. Wang W.L. et al.: Non-linear parametric modelling of a high-speed rail hydraulic yaw damper with series clearance and stiff ness, Nonlinear Dynamics, (2011) 65:13–34 DOI 10.1007/s11071-010-9871-7.
• 16. Wszołka G. et al.: Budowa, strojenie oraz walidacja modelu symulacyjnego tłumika hydraulicznego dla potrzeb szybkiego prototypowania, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2012, s. 30–39.
• 17. Young W.C., Budynas R.G.: Roark’s Formulas for Stress and Strain, McGraw-Hill, 2003.