Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Sprężysto-tłumiąca więź kontaktowa w numerycznych symulacjach drgań układu pociąg – tor

Lalewicz Piotr, Bryja Danuta

Przegląd Komunikacyjny

|

2021

|

R. 76, nr 6/7

14--21

PL

W sprzężonym układzie pociąg – tor, kontakt pomiędzy podukładami występuje na styku każdego koła z szyną. Najpopularniejszym obecnie modelem kontaktu stosowanym w symulacjach numerycznych drgań jest idealnie sprężysta, zlinearyzowana więź Hertz’a bazująca na teorii kontaktowej Hertz’a. W bogatszych wariantach modelu kontaktowego uwzględnia się dodatkowo dyssypację energii na styku koła z szyną. W literaturze brakuje porównań tych modeli wskazujących na skutki zastosowania konkretnego rozwiązania. Zasadniczym celem niniejszej pracy jest analiza porównawcza skutków zastosowania dwóch wybranych więzi kontaktowych w symulacjach numerycznych drgań układu pociąg – tor. Rozważono standardową zlinearyzowaną więź sprężystą typu Hertz’a i więź sprężysto-tłumiącą zdefiniowaną przez autorów, bazującą na tłumieniu histerezy. Skutki zastosowania tych więzi kontaktowych zbadano na podstawie porównania wyników symulacji pionowych drgań toru z nierównością progową, przez którą przejeżdża pociąg stanowiący zespół pojazdów kolejowych. Na podstawie wykonanych analiz numerycznych postawiono tezę, że zastosowanie modelu kontaktowego koło – szyna wzbogaconego o tłumienie histerezy jest sensowne wtedy, gdy badania są ukierunkowane na stan wytężenia toru i efekty zmęczeniowe w torze i pojeździe kolejowym. Stwierdzono ponadto, że pominięcie tłumienia w strefie kontaktu nieco zaniża prawdopodobieństwo wystąpienia utraty kontaktu, a więc nie prowadzi do prawidłowej identyfikacji tego zjawiska.

EN

In train – track coupled systems, interaction between subsystems occurs in wheel-rail contact. The most common contact model is perfectly elastic, linearized Hert’z spring. It has wide range of application in numerical simulations. In more detailed interaction models, the energy dissipation in wheel-rail contact is taken into account. There are no known comparisons of these models in the literature, that would indicate the effects of a specific solution application. In this paper, the main purpose is to analyze and compare the effects of two contact models in terms of numerical simulations of train – track vibrations. The reference contact model taken into account is linearized, perfectly elastic Hert’z spring. The second spring, proposed by the authors is enriched with viscous element based on hysteresis damping. Application of both models, and its effects were examined in plane, train – track vibrations simulations with threshold inequality excitation in the middle of the track length. Concluding from the analyzes performed, it was found that viscoelastic contact model application is important, when track stresses and fatigue are being investigated. In addition, it was found that neglecting the damping element in contact model reduces the probability of the wheel – rail contact loss phenomenon, and thus leads to incorrect identification of its occurrence.

2

An influence of track stiffness discontinuity on pantograph base vibrations and catenary–pantograph dynamic interaction

Bryja Danuta, Hyliński Adam

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2020

|

Vol. 42, nr 2

111-124

EN

In this article, the computational methodology of the catenary–train–track system vibration analysis is presented and used to estimate the influence of vehicle body vibrations on the pantograph–catenary dynamic interaction. This issue is rarely referred in the literature, although any perturbations appearing at the pantograph–catenary interface are of great importance for high-speed railways. Vehicle body vibrations considered in this article are induced by the passage of train through the track stiffness discontinuity, being a frequent cause of significant dynamic effects. First, the most important assumptions of the computational model are presented, including the general idea of decomposing catenary–train–track dynamic system into two main subsystems and the concept of one-way coupling between them. Then, the pantograph base vibrations calculated for two train speeds (60 m/s, 100 m/s) and two cases of track discontinuity (a sudden increase and a sudden decrease in the stiffness of track substrate) are analyzed. Two cases of the railway vehicle suspension are considered – a typical two-stage suspension and a primary suspension alone. To evaluate catenary–pantograph dynamic interaction, the dynamic uplift of the contact wire at steady arm and the pantograph contact force is computed. It is demonstrated that an efficiency of the two-stage suspension grows with the train speed; hence, such vehicle suspension effectively suppresses strong sudden shocks of vehicle body, appearing while the train passes through the track stiffness discontinuity at a high speed. In a hypothetical case when the one-stage vehicle suspension is used, the pantograph base vibrations may increase the number of contact loss events at the catenary–pantograph interface.

3

Analiza przyspieszeń i prędkości drgań sieci trakcyjnej i ślizgacza pantografu w trakcie przejazdu pociągu przez nierówność progową toru

Bryja Danuta, Hyliński Adam

Zeszyty Naukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji w Krakowie. Seria: Materiały Konferencyjne

|

2019

|

Nr 2(119)

13--23

PL

W pracy przedstawiono kolejny etap badań numerycznych, prowadzących do oceny wpływu przejazdu pociągu przez nierówność progową toru na dynamiczną interakcję pomiędzy pantografem a górną siecią jezdną kolejowej trakcji elektrycznej. Wcześniejsze badania wykazały, że nierówność progowa, występująca w torze kolejowym nie wpływa znacząco na drgania sieci trakcyjnej, ale zakres tych badań był ograniczony do analizy stanu przemieszczenia sieci oraz dynamicznych zmian siły nacisku stykowego. Celem tej pracy jest zbadanie, czy wyraźne obciążenie impulsowe pojazdu kolejowego, spowodowane przejazdem przez nierówność progową przenosi się w istotny sposób na przyspieszenia drgań sieci trakcyjnej i pantografu, chociaż nie jest widoczne w przebiegach czasowych przemieszczeń. W tym celu uzupełniono oryginalną, autorską metodę symulacji drgań układu sieć trakcyjna–pociąg–tor kolejowy o ścieżkę wyznaczania prędkości i przyspieszeń drgań. Przedstawiono główne założenia dwuetapowego algorytmu symulacyjnego oraz wyniki analizy numerycznej. Analizę przeprowadzono dla dwóch typów nierówności progowej, dwóch prędkości jazdy pociągu oraz dwóch wariantów zawieszenia pojazdu. Wyniki symulacji pokazały, że pionowy ruch podstawy pantografu, dzięki dobrze amortyzowanej konstrukcji odbieraka słabo przenosi się zarówno na drgania, jak i przyspieszenia drgań ślizgacza i przewodu jezdnego. Wykazano jednak, że przejazd pantografu powoduje drgania sieci o małych amplitudach w porównaniu z jej rozpiętością, ale drgania te zachodzą z dużymi przyspieszeniami, rosnącymi wraz z prędkością przejazdową. Jest to zjawisko niekorzystne w aspekcie zmęczenia materiału.

EN

The paper presents the next stage of numerical tests, leading to the assessment of the impact of train movement over the track threshold inequality on the dynamic interaction between the pantograph and the upper contact line of the electric traction. Previous studies have shown that the threshold unevenness that occurs in a railway track does not significantly affect the vibrations of the overhead contact line, but the scope of these tests was limited to analysing the state of network displacement and dynamic changes in contact force. The purpose of this work is to examine whether the clear impulse load of a railway vehicle, caused by passing through a threshold inequality, is significantly transferred to the acceleration of traction network and pantograph vibrations, although it is not visible in the time course of displacements. For this purpose, the original, proprietary method of vibration simulation of the traction network - train - railway track system was supplemented with a path for determining the speed and acceleration of vibrations. The main assumptions of the two-stage simulation algorithm and the results of numerical analysis are presented. The analysis was carried out for two types of threshold inequality, two train speeds and two vehicle suspension variants. The simulation results showed that the vertical movement of the pantograph base, due to the well-cushioned construction of the collector, is poorly transmitted to both vibration and acceleration of the slide and contact wire vibrations. However, it has been shown that the pantograph movement causes vibrations of the network with small amplitudes compared to its span, but these vibrations occur with high accelerations, increasing with the traveling speed. In the aspect of material fatigue it is an unfavorable phenomenon.

4

Współczynniki aerodynamiczne pojazdów kolejowych w zagadnieniu oddziaływania wiatru bocznego – wprowadzenie i badania wstępne

Lalewicz Piotr, Bryja Danuta

Przegląd Komunikacyjny

|

2019

|

R. 74, nr 6

8--13

PL

W ostatnich latach, w Europie i na świecie obserwuje się dynamiczny rozwój kolei dużych prędkości. Przy rosnących prędkościach, aerodynamika pojazdów kolejowych staje się coraz bardziej istotnym zagadnieniem. W artykule odniesiono się do problemu stateczności pojazdów przy wietrze bocznym i omówiono wpływ prędkości pojazdu na to zjawisko. Do określania sił aerodynamicznych występujących w tym zagadnieniu wykorzystuje się sześć współczynników aerodynamicznych. Opisano metody służące do ich wyznaczania – badania modelowe w tunelach wiatrowych i badania numeryczne z użyciem symulacji CFD (Computational Fluid Dynamics), w odniesieniu do normy PN-EN 14067-6:2018-10 i wymagań TSI. Przedstawiono wyniki wstępnych badań własnych, których celem było rozpoznanie możliwości obliczeniowych analiz CFD jako narzędzia do numerycznego wyznaczania współczynników aerodynamicznych na potrzeby dalszych badań prowadzących do opracowania metody analizy drgań układu pociąg – most, poddanego działaniu wiatru bocznego.

EN

In recent years, dynamic development of high-speed railways is observed in Europe and in the world. Due to the train speeds increase, aerodynamics of railway vehicles becomes more and more important issue. In the paper, the cross-wind stability problem of a railway vehicle and the influence of the train speed on this phenomenon is discussed. As a derailment risk analysis requires to determine in total six cross-wind aerodynamic forces and moments acting on a given vehicle, a knowledge of six associated with them aerodynamic coefficients is a groundwork for train stability analysis. Two most common methods of analysis of air flow around trains are pointed out – wind tunnel testing and CFD method (Computational Fluid Dynamics method). Both methods are described in the paper, in reference to PN-EN 14067-6:2018-10 and TSI requirements, and later a CFD method is applied to examine a basic train model. The main aim of this preliminary research was to recognize CFD method as a tool for a further research on cross-wind-induced vibrations of a train - bridge system.

5

Dwustronna więź kontaktowa Hertz’a w numerycznej analizie drgań sprzężonego układu pociąg-tor

Bryja Danuta, Chojnacki Wojciech

Przegląd Komunikacyjny

|

2019

|

R. 74, nr 11

2--7

PL

W pracy przedstawiono i porównano dwie metody symulacji drgań układu pociąg-tor, różniące się modelem kontaktu koło-szyna. W pierwszej metodzie zastosowano dwustronną, odkształcalną więź kontaktową typu Hertz’a, w drugiej – więź nieodkształcalną. W obu metodach przyjęto płaski model obliczeniowy, złożony z belki Eulera spoczywającej na podłożu sprężysto-tłumiącym typu Winklera i zestawu pojazdów szynowych modelowanych układami dynamicznymi o dziesięciu stopniach swobody. Przedstawiono wyniki analiz numerycznych, których celem było określenie wpływu podatności dwustronnych więzi kontaktowych na wyniki symulacji drgań rozważanego układu. Stwierdzono, że zastąpienie sztywnych więzi kontaktowych przez dwustronne więzi sprężyste Hertz’a nie ma istotnego wpływu na symulacje drgań toru i ma niewielki wpływ na symulacje drgań nadwozia pojazdu i wózka jezdnego. Zaproponowana metoda symulacji będzie mogła być wykorzystana do badań numerycznych zjawiska chwilowego odrywania kół od szyn, po niewielkich modyfikacjach w celu wprowadzenia jednostronnych więzi Hertz’a (nie przenoszących sił rozciągających), które są dokładniejszym modelem kontaktu.

EN

The paper presents and compares two methods for simulation the train-track system vibrations, differing in the wheel-rail contact model used. In the first method, two-way Hertzian spring is used, in the second – a non-deformable constraint. In both methods, a flat computational model is assumed, consisting of an Euler-Bernoulli beam resting on a Winkler-type elastic foundation with damping and a set of rail vehicles modeled by dynamic systems with ten degrees of freedom. The results of numerical analysis are presented, in order to determine an influence of the contact constraints’ deformability on the vibration simulations. It is found that the replacement of non-deformable contact constraints by two-way Hertzian springs has no significant effect on track vibration simulations and has a little effect on vibration simulations of vehicle body and bogie. The developed simulation method can be used for numerical studies of the phenomenon of instantaneous detachments of wheels from rails, after minor modifi cations directed to introduce one-way Hertzian springs (i.e. not carrying tensile forces) being a more accurate contact model.

6

Wpływ sztywności linek wieszakowych na dynamiczne oddziaływanie pomiędzy pantografem i kolejową siecią trakcyjną

Bryja Danuta, Hyliński (Popiołek) Adam

Problemy Kolejnictwa

|

2019

|

Z. 183

19--28

PL

W artykule przedstawiono analizę numeryczną wpływu tzw. „poluźniania” linek wieszakowych łączących linę nośną z przewodem jezdnym, na dynamiczne oddziaływanie między pantografem i siecią trakcyjną. Poluźnianie wieszaków jest odpowiednikiem wyboczenia i wynika z zerowej lub pomijalnie małej sztywności linek wieszakowych na ściskanie. Uwzględnienie tego zjawiska w symulacjach komputerowych prowadzi do zagadnienia geometrycznie nieliniowego. Do analizy numerycznej wykorzystano opracowaną wcześniej przez autorów metodę symulacyjną, tak zmodyfikowaną, aby poluźnienie linek wieszakowych było uwzględniane przez wprowadzenie ich resztkowej sztywności na ściskanie, zdefiniowanej jako określony procent sztywności na rozciąganie. Zaproponowano dwa algorytmy rozwiązania problemu nieliniowości równań ruchu układu pantografy – sieć trakcyjna. W obu wariantach zastosowano metodę całkowania numerycznego Newmarka. Porównano odpowiedzi dynamiczne układu, wyznaczone przy różnych wartościach resztkowej sztywności linek wieszakowych na ściskanie. Pokazano, że założenie zerowej sztywności resztkowej linek w cięgnowym modelu sieci jezdnej istotnie wpływa na odpowiedź dynamiczną układu sieć trakcyjna – pantograf. W takim przypadku i przy dużej prędkości ruchu pantografu, przewód jezdny praktycznie nie współpracuje z liną nośną i doznaje dużych drgań. Wykazano, że linki wieszakowe powinny być tak projektowane, aby miały sztywność resztkową na ściskanie równą co najmniej 1% ich sztywności na rozciąganie. Zapewniona jest wówczas właściwa współpraca liny nośnej z przewodem jezdnym, o czym świadczą wyniki symulacji, spełniające wymogi normy PN-EN 50318: 2002.

7

Droppers’ stiffness influence on dynamic interaction between the pantograph and railway catenary

Bryja Danuta, Hyliński (Popiołek) Adam

Problemy Kolejnictwa

|

2019

|

Z. 183

89--98

EN

Droppers connecting the contact wire and messenger wire of the railway catenary are characterized by zero or negligible compressive stiffness, hence they become slack under compression that is similar to bars’ buckling. The paper presents a numerical analysis of the influence of droppers slackening phenomenon on the dynamic interaction between the pantograph and catenary. The analysis is based on a simulation method presented by the authors in previous papers, in which the catenary is modelled as a complex cable system. In this paper, the simulation method is modified by introducing the residual compressive stiffness of droppers that is assumed as a given percent of tensile stiffness. Modification leads to geometrically non-linear equations of motion of the pantograph-catenary system. Two different algorithms for solving the problem of non-linearity are proposed, in both of them the Newmark numerical integration method is applied. Results of dynamic response simulations performed for different values of residual compressive stiffness of droppers are presented and compared. It is shown that the contact wire does not cooperate with the messenger wire in a large area around the pantograph when the compressive stiffness of droppers is assumed zero. As a result, the pantograph moving at high speed induces severe vibrations of the catenary. It is also shown that droppers should be designed to have the residual compressive stiffness equal to at least one percent of their tensile stiffness. This is sufficient to ensure an appropriate cooperation between messenger wire and contact wire, which is demonstrated by simulation results fulfilling requirements given in the standard PN-EN 50318: 2002.