Bidaiari-trenen esekidura pneumatikoaren karakterizazio eta modelizazio dinamikoa
Authors:   , Mendia Irati 
Published: June 2023

Tren-ibilgailuetan homologazio birtuala erabiltzearen onura nagusienetarikoa errailetan bertan burututako saiakuntzekin loturiko kostuak murriztean datza, lan baldintza ezberdinetan ibilgailuaren portaera aztertuz, eta honela, errendimendua hobetze aldera trenaren diseinua optimizatuz. Azken finean, trenaren abiadura handitu ahala, ibilgailuaren errendimendu dinamikoa kaltetu eginen da. Honela, ibilgailuaren elementu guztien eragina barne hartzen dituzten baliozkotutako eta onartutako ereduak garatzea beharezkoa da, besteak beste, errail-gurpil kontaktua, bogiearen bastidorea, esekidura-elementuak, kaxa eta abar. Bidaietan erosotasuna bermatzeko, esekidura-sistema sekundarioaren helburua bibrazioen transmisioa murriztea eta arintzea da. Esekidura-elementu hori elementu konplexua da, zuntzez irmoturiko hauspo elastomeriko presurizatu batez osatua, kautxu-motako larrialdimalguki batean ezartzen dena, hodi edo zulo baten bidez andala batera konektatzen dena. Doktorego tesi honek, maiztasun altuagoetan eta lan-norabide desberdinetan esekidura sekundarioaren egungo ereduen bideragarritasuna ikertzen du. Maiztasun-tartea 200 Hz-raino handitu behar denerako (egiturak transmititutako bibrazioen transmisio-maiztasuna) edo ez-linealtasunak gehitu behar direnerako eredu berriak proposatzen dira. Lehenik, hauspo motako esekidura pneumatikoak modelizatzeko dauden teknikak aplikagarri diren maiztasun-tartearen, elementu-kopuruaren (hauspoa, sistema pneumatikoa, esekidura sistema osoa) eta azal ditzaketen ez-linealtasunen arabera ebaluatu dira. FEM ereduak norabide zein fisika ezberdinetarako, ez-linealtasunak barneratzeko eta maiztasun altuko maiztasun tartea definitzeko modelizazio - teknikarik egokiena dirudite. Azken finean, esekidura-sistema hainbat elementuk osatzen dute; zuntzez irmoturiko kautxu motako hauspo konposatu batek, kautxuzko larrialdi-malguki batek eta sistema pneumatikoaren barruan mugitzen ari den airemasa batek, bereziki. Ondorioa, esekidura-elementu ez-lineal konplexu bat izatea da. Lan honetan, kautxu-erako elementuen portaera ez-lineala (konprimaezintasuna, elastikotasun ez-lineala, eta kitzikatze maiztasunaren eta anplitudearen mendekotasunak) FEM ereduetan nola inplementatu jorratu da, beharrezko saiakuntzak eginez eta ereduaen kalibrazio burutuz. Bigarrenik, hauspoaren, sistema pneumatikoaren eta esekidura sekundario osoaren berezitasunak zatika ikertu dira. Hauspoari dagokionez, ABAQUSen garatutako eta saiakuntzen datuekin baliozkotutako hauspoaren FEM eredu bat proposatu da. Ereduak errefortzu uniaxialak, barne-presioaren eta deformazio-estrukturalaren arteko akoplamendua, eta barneko airearen eta ingurunearen arteko bero-truke politropikoaren definizioa biltzen ditu. Hortaz gain, diseinu-erraminta gixa zazpi eraikuntza-parametroren funtzio diren zurruntasun estatiko axial eta zeharkakoa eta lehen maiztasun axial eta zeharkakoen lau erantzun-azalera funtzio ondorioztatu dira. Esekidura-sistemak 200 Hz-tik beherako bibrazio-moduak erakusten ditu, bibrazioen transmisio estrukturala gertatzen den maiztasun-tartean zehazki. Ondoren, lobulu bakarreko hauspo bat hodi bidez andalari konektatuz, 400 Hz bitarte esekidura pneumatikoaren zurruntasun axiala ikertu da. Saiakuntza kanpaina sakon baten ostean, FEM eredu aurreratu bat garatu da, hauspoaren eta andalaren arteko aire-fluxuaren ondoriozko erresonantziak, hodian emanan diren uhin geldikorren ondoriozko erresonantziak eta hauspoen egiturazko dinamikaren ondoriozko erresonantziak biltzen dituena, zehazki. Orain arte eskuragarri dauden modelizazio-teknikek ez dute bolumen gehigarriak (andalak eta hodiak) 20 Hz-tik gora duen eragina barne hartzen. Hala ere, ikerketa honek neurri txikiagoan bada ere, esekidura-sistemaren portaera dinamikoa aldatzen dutela agerian utzi du. Gainera, hauspoaren egitura-erresonantziek 20 Hz-tik gorako isolamendua arriskuan jar dezakete. Azkenik, sistema pnaumatikoari larrialdi malgukia gehituz, esekidura sekundario osoaren FEM eredu multifisiko ez-lineal bat garatu da. FEM ereduaren emaitza estatikoak eta 20 Hz bitarteko dinamikoak eskuragarri dauden saiakuntza datuen bidez balioztatu dira, eta ondoren, eredua 300 Hz-raino zabaldu da. Mugimendu axial puru, zeharkako nahiz biraketa mugimenduen aurream esekidura-sistemaren portaera dinamikoa ebaluatu da. Hiru norabideetan, ereduak 200 Hz-tik beherako erresonantzia-maiztasunak aurreikusten ditu, isolamendua arriskuan jar lezaketenak. Aplikazio gisa, FEM eredua oinarri hartuta eta saiakuntzak ekidinez, gorputzanitzeko simulazioetan erabili ohi diren esekidura sekundarioaren ereduen sarrera balioak ondorioztatu dira.