Estudio de la respuesta dinámica del material rodante de sistemas ferroviarios a diferentes condiciones de operación : modelamiento, simulación y validación experimental de la respuesta dinámica del material rodante considerando el parámetro de operación: velocidad.

Abstract

Este presente trabajo aborda el análisis integral del comportamiento vibracional del material rodante bajo la influencia de las condiciones de diseño como las operativas. Este trabajo se enfoca en estudiar cómo las distintas velocidades operativas, cargas y frecuencias naturales influyen en las vibraciones generadas por el material rodante, tomando como caso de estudio el Metro de Quito. Con el fin de garantizar tanto la seguridad estructural como el confort de los pasajeros. Para llevar a cabo el análisis, se realizó un modelo tridimensional del tren, el cual fue importado y simulado en software avanzado como ANSYS Y SimSolid, que permitieron evaluar los modos de vibración, desplazamientos máximos, y aceleraciones bajo condiciones dinámicas sobre la estructura del tren. Además, se llevaron a cabo mediciones experimentales en entornos ferroviarios reales utilizando el equipo SVAN 958, que registro las vibraciones en un rango de 1 a 100 Hz en trayectos específicos del sistema ferroviario de Quito, comprendido entre las estaciones Carolina e Iñaquito. El modelado representa la respuesta dinámica del material rodante ante diversas velocidades, estableciendo una correlación entre los datos experimentales y los resultados de las simulaciones, validando el modelo y asegurando su coherencia con las condiciones reales de operación. Previo al análisis, se tendrán en cuenta factores como la geometría de la vía, las características del material rodante y las condiciones de carga para verificar la exactitud del modelo, considerando parámetros como la interacción entre componentes clave como los bogies, las ruedas y la carcasa. Los resultados de este estudio respaldan mejoras en el funcionamiento del sistema ferroviario al reducir riesgos estructurales, mejorar la comodidad de los pasajeros y garantizar el cumplimiento de las normas al mantenerse bajo los límites de vibraciones y aceleraciones definidos por las normas ISO 2631-1 e ISO 2631-2.This present work addresses the comprehensive analysis of the vibrational behavior of rolling stock under the influence of design and operating conditions. This work focuses on studying how different operating speeds, loads and natural frequencies influence the vibrations generated by rolling stock, taking the Quito Metro as a case study. In order to guarantee both structural safety and passenger comfort. To carry out the analysis, a three-dimensional model of train was created, which was imported and simulated in advanced software such as ANSYS and SimSolid, which allowed the evaluation of vibration modes, maximum displacements, and accelerations under dynamic conditions on the train structure. In addition, experimental measurements were carried out in real railway environments using the SVAN 958 equipment, which recorded vibrations in a range of 1 to 100 Hz on specific routes of the Quito railway system, between the Carolina and Iñaquito stations. The model represents the dynamic response of rolling stock at various speeds, establishing a correlation between experimental data and simulations results, validating the model and ensuring its consistency with real operating conditions. Prior to the analysis, factors such as track geometry, rolling stock characteristics and loading conditions will be taken into account to verify the accuracy of the model, considering parameters such as the interaction between key components such as bogies, wheels and casing. The results of this study support improvements in the operation of the railway system by reducing structural risk, improving passenger comfort and ensuring compliance with standards by staying within the vibration and acceleration limits defined by ISO 2631-1 and ISO 2631-2 standards