Modeling, Simulation, and Results of Their Use in Railway Vehicle Dynamics Studies

This chapter focuses on problems related to building mathematical and numerical models of railway vehicle dynamics and then using these models in the process of vehicle dynamics simulation. Finally, the results of such simulations devoted to selected dynamical problems are presented, highlighting the importance of powerful tools such as both the modeling and the simulation. The dynamical problems selected for the presentation concern railway vehicle stability and importance of kinematics accuracy for the description of the dynamics. These selected problems focus on the vehicle dynamics in a curved track, both in the circular and transition sections. Type of the chapter should be defined as the review paper, however, based on the authors’ own results in the main

Optymalne kolejowe krzywe przejściowe dla różnych promieni łuku kołowego

This article concerns assessing the dynamical properties and shape optimization of railway transition curves (TCs) for the wide range - 600, 900, 1200, 2000, 3000, and 4000 m - of circular arc radii. The search for the optimum shape means in the current article the evaluation of the curve properties based on chosen dynamical quantities and generation of such shapes with use of a mathematically understood optimization method. As a transition curve in the studies performed, the authors adopted a polynomial of n-th degree, where n = 9 and 11. In the study one model of rail vehicle was used. The model represented 2-axle freight car of the average values of parameters. The authors took the so-called standard transition curves of 9th and 11th degrees, and 3rd degree parabola as initial transition curves in the optimization processes. As quality functions (evaluation criteria) the authors used three functions concerning lateral and vertical vehicle dynamics, and creepages in wheel-rail contact. In this work, the results of the optimization - types of the curvatures of the optimum transition curves - were presented and compared.Celem pracy była optymalizacja kolejowych wielomianowych krzywych przejściowych 9. i 11. stopnia z wykorzystaniem niestandardowych kryteriów oceny krzywej oraz modelu pojazdu szynowego. Jako wspomniane kryteria oceny autorzy pracy zastosowali tu minimalizację wartości całki ze zmiany przyspieszenia poprzecznego i kątowego nadwozia pojazdu po długości drogi oraz poślizgów w kontakcie koło-szyna. W pracy jej autorzy użyli jednego modelu pojazdu kolejowego. Był nim model 2-osiowego wagonu towarowego o uśrednionych wartościach parametrów, który jest rozważany w stanie ładownym. Prosta konstrukcja pojazdu skutkuje akceptowalnymi czasami obliczeń, co jest korzystne w dużej liczbie optymalizacji. W modelu tym przyjęto liniowość zawieszenia pojazdu - liniową sztywność i tłumienie elementów zawieszenia pojazdu. To samo zastosowano w modelu toru. Wykorzystany w pracy model zawiera wszystkie kluczowe elementy modeli dynamicznych pojazdów szynowych, takie jak: kluczowe elementy masowe (zestawy kołowe i nadwozie pojazdu), elementy zawieszenia (elementy sprężyste i tłumiące), koła i geometrię szyn opisaną przez rzeczywisty, nieliniowy kształt ich profili. Poza tym, styczne siły kontaktowe są obliczane przy użyciu uproszczonej nieliniowej teorii kontaktu J.J. Kalkera. Ponadto, model pojazdu jest uzupełniony modelem toru. Może on być traktowany jako zaawansowany model dynamiczny, zwłaszcza gdy porówna się go do punktu materialnego reprezentującego pojazd w tradycyjnych metodach oceny i kształtowania krzywych przejściowych. W pracy przyjęto następujące wartości promienia łuku kołowego R równe: 600 m, 900 m, 1200 m, 2000 m, 3000 m oraz 4000 m. Dla konkretnych wartości R i przechyłki d, autorzy zawsze obliczali prędkość pojazdu, zgodnie ze wzorami tradycyjnie przyjętymi w praktyce inżynierskiej. Przyjęto, że każda krzywa otrzymana w pracy ma krzywiznę (oraz rampę przechyłkową), która została zakwalifikowana do jednej z 5 grup. Wspomniane 5 grup (typów) to: - typ 1 - krzywizna jest w praktyce zbliżona do krzywizny wzorcowej 9. i 11. stopnia, – typ 2 - krzywizna ma kształt pośredni pomiędzy krzywizną wzorcową 9. i 11. stopnia, a parabolą 3. stopnia, krzywizna ta ma styczność typu G1 w skrajnych punktach, - typ 3 - krzywizna quasi-liniowa, bardzo zbliżona do krzywizny paraboli 3. stopnia, - typ 4 - krzywizna ma wklęsły charakter, jest ostra (4a) lub ma ciągłość typu G1 (4b) na początku KP i zawsze ostra na końcu KP, - typ 5 - krzywizna ma wypukły charakter i styczność typu G0 na początku i końcu krzywej

Determination and Comparative Analysis of Critical Velocity for Five Objects of Railway Vehicle Class

The purpose of this article is to determine the critical velocities for five railway vehicle objects and to find possible generalizations of these results. It is done in the context of increasing the safety of travel on modern railways. The article discusses four methods of determining these velocities, and then the results obtained, mainly using one of the methods, are presented in tabular and graphical form. The chosen method is supplemented with the second one when higher accuracy or certainty is necessary. Finally, the results are discussed and the similarities and differences between them for different groups of railway vehicle class objects are shown

Dynamics of a Rail Vehicle in Transition Curve above Critical Velocity with Focus on Hunting Motion Considering the Review of History of the Stability Studies

The most general purpose of the current paper is to trace and discuss the history and state of the art of studies on vehicle motion (dynamics) in a transition curve above the critical velocity, with the aim of potentially increasing the circle of researchers involved in studying this issue and strengthening the will of the authors to continue their studies. This general goal is achieved in two ways: first, through a profiled literature analysis, showing the historical progress and current state of the research; and second, through reference to the history of stability studies as an example of selected studies’ development. In addition, this work has two more specific goals. Together, they consist of collecting the literature in a related field in one place and analyzing it on site to accomplish the review. Both specific goals are attained by dividing the literature into two corresponding parts. In the first part, the current issues of rail vehicle stability are analyzed and divided into four problems. The second part includes works that deal with the subject of the motion and dynamics of a rail vehicle on a transition curve section. Here, the works are divided into five groups and discussed. They are put in order from the closest to the furthest from this paper’s main subject; however, the last group includes the most recent references. In addition, information on the authors’ approach to the problem is provided, including the methods and models used, as well as example results. Based on the analysis of the literature and the state of the art, a summary of the analysis is presented at this paper’s end. It highlights the small number of works on the subject of interest, and based on the review of stability studies, it seeks to encourage present and potential authors to study this field and share their results with society