Metodología Analítica para el Estudio de Sensibilidades Aplicado a Modelos de Simulación Dinámica de Vehículos Ferroviarios, desde el Punto de Vista de la Seguridad, la Fatiga de Vía y la Calidad de Marcha

Resumen

Objetivos: El principal objetivo de esta tesis es el desarrollo de una metodología de análisis que permita determinar el grado de exactitud requerido en la definición de los parámetros involucrados en los modelos para la simulación del comportamiento dinámico del material rodante ferroviario. Esto permite conocer de antemano cómo pueden alterarse los resultados de las simulaciones dinámicas por la existencia de errores u omisiones en la generación de dichos modelos. Para alcanzar este objetivo se ha realizado un estudio de sensibilidad que permite determinar la influencia de los principales parámetros constructivos del vehículo sobre su comportamiento dinámico. Para ello, se han utilizado técnicas de simulación de sistemas multicuerpo, y se ha desarrollado una metodología de trabajo que permite sistematizar tanto la definición de los escenarios de las simulaciones como el post-procesado de los resultados de las mismas, de acuerdo con las recomendaciones recogidas en la ficha UIC-518, para homologación de vehículos ferroviarios. El trabajo realizado se ha dividido en tres fases claramente diferenciadas: análisis estadístico de los parámetros constructivos de los vehículos ferroviarios; estudio de sensibilidad de dichos parámetros sobre la dinámica del vehículo; e identificación de los parámetros críticos en la definición de los modelos. Aportaciones: Del trabajo desarrollado en esta tesis doctoral, se han derivado las siguientes aportaciones originales: - Definición de un lenguaje de marcado, basado en XML, para estructurar la información que caracteriza el comportamiento dinámico de los vehículos ferroviarios. - Implementación de una base de datos XML de vehículos ferroviarios. - Identificación de relaciones empíricas que permiten estimar determinados parámetros del vehículo en función de otros supuestamente conocidos. - Identificación de un vehículo promedio, válido como modelo de referencia para los estudios de sensibilidad, así como de los rangos de variación de cada parámetro. - Unificación de los escenarios de simulación y de la metodología de postprocesado, lo que facilita la obtención de resultados comparativos. - Análisis conjunto de la sensibilidad de diversos parámetros sobre la dinámica del vehículo, valorando de forma independiente su efecto sobre la seguridad, la fatiga de vía y el confort. - Identificación de los parámetros críticos en la definición de los modelos. Conclusiones: Durante el tratamiento estadístico del contenido de la base de datos de vehículos ferroviarios se ha encontrado que la aplicación de técnicas de clasificación jerárquica ha revelado como criterios de clasificación más evidentes el empate de bogie, y la rigidez de la suspensión secundaria. En base a ellos se han identificado tres grandes categorías de vehículos: mercancías; coches de pasajeros de corta distancia; y coches de pasajeros de largo recorrido. Por su parte, durante el análisis de sensibilidad, se han ordenado los parámetros analizados por orden creciente de sensibilidad, indicando las condiciones de circulación en las que podría estimarse su valor sin problemas en posteriores simulaciones. De acuerdo con esto, en términos generales, se ha concluido que: • Las propiedades inerciales más sensibles son la masa y el momento de inercia respecto al eje z. • Las propiedades elásticas más sensibles son las rigideces, y las menos sensibles los amortiguamientos. También resultan más sensibles las propiedades elásticas de la suspensión secundaria que las de la primaria, a excepción de la rigidez longitudinal primaria. • Las características del contacto rueda carril presentan, en general, un alto grado de sensibilidad. A partir de estos resultados, se han identificado los parámetros críticos en la definición de los modelos, lo que permite conocer qué parámetros podrían estimarse sin problema, a la hora de abordar nuevos trabajos de simulación, y cuáles no.