Critical Velocity obtained using Simplified Models of the Railway Track: Viability and Applicability

Increased demands on the capacity of the railway network gave rise to new issues related to the dynamic response of railway tracks subjected to moving vehicles. Thus, it becomes important to evaluate the applicability of traditionally used simplified models which have a closed form solution. Regarding simplified models, transversal vibrations of a beam on a visco-elastic foundation subjected to a moving load are considered. Governing equations are obtained by Hamilton’s principle. Shear distortion, rotary inertia and effect of axial force are accounted for. The load is introduced as a time varying force moving at a constant velocity. Transversal vibrations induced by the load are solved by the normal-mode analysis. Reflected waves at the extremities of the full beam are avoided by introduction of semi-infinite elements. Firstly, the critical velocity obtained from this model is compared with results of an undamped Euler- Bernoulli formulation with zero axial force. Secondly, a finite element model in ABAQUS is examined. The new contribution lies in the introduction of semi- infinite elements and in the first step to a systematic comparison, which have not been published so fa

Effects of railway track vibration induced by passing trains on an energy harvesting device

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Analysis of the railway track as a spatially periodic structure

This article presents a new and computationally efficient method of analysis of a railway track modelled as a continuous beam of 2N spans supported by elastic vertical springs. The main feature of this method is its important reduction in computational effort with respect to standard matrix methods of structural analysis. In this article, the whole structure is considered to be a repetition of a single one. The analysis presented is applied to a simple railway track model, i.e. to a repetitive beam supported on vertical springs (sleepers). The proposed method of analysis is based on the general theory of spatially periodic structures. The main feature of this theory is the possibility to apply Discrete Fourier Transform (DFT) in order to reduce a large system of q(2N + 1) linear stiffness equilibrium equations to a set of 2N + 1 uncoupled systems of q equations each. In this way, a dramatic reduction of the computational effort of solving the large system of equations is achieved. This fact is particularly important in the analysis of railway track structures, in which N is a very large number (around several thousands), and q = 2, the vertical displacement and rotation, is very small. The proposed method allows us to easily obtain the exact solution given by Samartín [1], i.e. the continuous beam railway track response. The comparison between the proposed method and other methods of analysis of railway tracks, such as Lorente de Nó and Zimmermann-Timoshenko, clearly shows the accuracy of the obtained results for the proposed method, even for low values of N. In addition, identical results between the proposed and the Lorente methods have been found, although the proposed method seems to be of simpler application and computationally more efficient than the Lorente one. Small but significative differences occur between these two methods and the one developed by Zimmermann-Timoshenko. This article also presents a detailed sensitivity analysis of the vertical displacement of the sleepers. Although standard matrix methods of structural analysis can handle this railway model, one of the objectives of this article is to show the efficiency of DFT method with respect to standard matrix structural analysis. A comparative analysis between standard matrix structural analysis and the proposed method (DFT), in terms of computational time, input, output and also software programming, will be carried out. Finally, a URL link to a MatLab computer program list, based on the proposed method, is given

Standard tee rail construction for steam rail road and industrial railway track and switch work.

"Catalogue no. 21."

Railway track and track work.

Mode of access: Internet.

Railway track & structures cyclopedia.

Compiled and edited in cooperation with the American Railway Engineering Association and, 1926- the Signal Section, Association of American Railroads (formerly American Railway Association)

Railway vehicle modelling for the vehicle-track interaction compatibility analysis

Railway vehicle homologation, with respect to running dynamics, is addressed via dedicated norms. The results required, such as, accelerations and/or wheel-rail contact forces, obtained from experimental tests or simulations, must be available. Multibody dynamics allows the modelling of railway vehicles and their representation in real operations conditions, being the realism of the multibody models greatly influenced by the modelling assumptions. In this paper, two alternative multibody models of the Light Rail Vehicle 2000 (LRV) are constructed and simulated in a realistic railway track scenarios. The vehicle-track interaction compatibility analysis consists of two stages: the use of the simplified method described in the norm "UIC 518-Testing and Approval of Railway Vehicles from the Point of View of their Dynamic Behaviour-Safety-Track Fatigue-Running Behaviour" for decision making; and, visualization inspection of the vehicle motion with respect to the track via dedicated tools for understanding the mechanisms involved.

Application of virtual certification techniques to vehicle design and track maintenance

Virtual certification partially substitutes by computer simulations the experimental techniques required for rail vehicle certification. In this paper, several works were these techniques were used in the vehicle design and track maintenance processes are presented. Dynamic simulation of multibody systems was used to virtually apply the EN14363 standard to certify the dynamic behaviour of vehicles. The works described are: assessment of a freight bogie design adapted to meter-gauge, assessment of a railway track layout for a subway network, freight bogie design with higher speed and axle load, and processing of the data acquired by a track recording vehicle for track maintenance.

Dynamic & Cyclic behaviour of ballast in the long term as determined in Cedex's track box

The 6 cylinder servo-hydraulic loading system of CEDEX's track box (250 kN, 50 Hz) has been recently implemented with a new piezoelectric loading system (±20 kN, 300 Hz) allowing the incorporation of low amplitude high frequency dynamic load time histories to the high amplitude low frequency quasi-static load time histories used so far in the CEDEX's track box to assess the inelastic long term behavior of ballast under mixed traffic in conventional and high- speed lines. This presentation will discuss the results obtained in the first long-duration test performed at CEDEX's track box using simultaneously both loading systems, to simulate the pass-by of 6000 freight vehicles (1M of 225 kN axle loads) travelling at a speed of 120 km/h over a line with vertical irregularities corresponding to a medium quality lin3e level. The superstructure of the track tested at full scale consisted of E 60 rails, stiff rail pads (mayor que 450 kN/mm), B90.2 sleepers with USP 0.10 N/mm and a 0.35 m thick ballast layer of ADIF first class. A shear wave velocity of 250 m/s can be assumed for the different layers of the track sub-base. The ballast long-term settlements will be compared with those obtained in a previous long-duration quasi- static test performed in the same track, for the RIVAS [EU co-funded] project, in which no dynamic loads where considered. Also, the results provided by a high diameter cyclic triaxial cell with ballast tested in full size will be commented. Finally, the progress made at CEDEX's Geotechnical Laboratory to reproduce numerically the long term behavior of ballast will be discussed.

Análise dos métodos de medição dos parâmetros geométricos de via e correlação entre os dados obtidos

A razão atribuída à escolha do tema do T.F.M. em Caminhos-de-ferro, tem a ver com o facto de ser uma via de comunicação específica. Contrariamente ao que acontece na execução de auto-estradas, no caminho-de-ferro, a gestora da infra-estrutura responsabiliza-se pela execução, exploração (sinalização e controlo de circulação), abastecimento de energia fornecida às vias que dispõem de catenária (tracção eléctrica), manutenção e conservação da via. O processo de análise e inspecção de geometria de via, é usado quando e necessário preservar a infra-estrutura. Este processo iniciou-se nos caminhos-de-ferro portugueses, há muitos anos, depois da inauguração do primeiro troco de linha férrea. A primeira viagem ocorre em Outubro de 1856, sendo o início do processo em 1968, com a dresina “Matisa PV-6”. Em 1991 a C.P. adquiriu outro veículo de inspecção de via, tendo sido escolhido o VIV02 EM 120 da marca Plasser & Theurer, para substituir “Matisa PV-6”. O tema Análise dos Métodos de Medição dos Parâmetros Geométricos de Via e Correlação entre os Dados Obtidos está directamente relacionado com a manutenção e conservação de via. Na Unidade Operacional Sul (hoje ROS – Região Operacional Sul), local onde desenvolvi o T.F.M., não existem obras de construção de caminhos-de-ferro que pudesse acompanhar e constituir tema para o meu trabalho. Na realidade, com a falta de investimento que se perspectiva no futuro próximo, a manutenção da infra-estrutura passa a ser a actividade principal desenvolvida pela REFER, de modo a assegurar a comodidade, segurança e rapidez na deslocação de cargas e pessoas. A Analise Geométrica de Via e actualmente uma das principais actividades no âmbito da manutenção, que é feita por diagnóstico, contrariamente ao que acontecia no passado em que a conservação metódica era realizada num determinado ano num troço seleccionado independentemente da necessidade ou não da mesma. Uma ajuda preciosa, no que se refere à decisão de se realizar um determinado trabalho de conservação, e a do veículo VIV02 EM 120 que faz inspeções ao longo de toda a rede ferroviária e permite recolher dados e classificar através do desvio padrão, troços com extensão de 200 metros, obtendo os dados relevantes sobre a necessidade de intervenção. Para além do referido veículo existem também equipamentos ligeiros de inspecção dos parâmetros geométricos de via. Um desses equipamentos designa-se por Trólei, não sendo motorizado, pois o mesmo é movido manualmente por um operador. Obviamente que este equipamento não faz a inspecção a toda a rede pois a operação de medição é morosa, sendo contudo utilizado para análise de defeitos geométricos em pequenos trocos, tornando-se assim uma mais-valia, evitando o deslocar de um equipamento “pesado” como o VIV 02 EM 120. Para atingir os objectivos deste trabalho realizaram-se testes de medição com ambos (veiculo e equipamento ligeiro), no mesmo espaço temporal e com as mesmas características físicas, como a temperatura, humidade etc. Os resultados, de acordo com os objectivos, são a comparação entre as medições de ambos, com vista a comprovar a sua utilidade e necessidade, de acordo com os vários tipos de superstruturas constituintes da rede ferroviária nacional.

Certificação de um troço de via alvo de ataque mecânico pesado

Qualidade é a palavra de ordem pelo qual se regem todos os processos e intervenções da REFER (Rede Ferroviária Nacional). Com a evolução de requisitos exigidos pelo transporte em caminho de ferro, há que procurar sempre as últimas inovações, para que a circulação se faça sempre com maior segurança e comodidade, dando aos utilizadores deste tipo transporte uma qualidade extrema. Nos últimos anos esses requisitos tornaram-se cada vez mais exigentes, pois as condições de circulação aumentam tais como a prática de maiores velocidades, tonelagem e frequência das composições, o que leva a um maior rigor nos processos construtivos e conservativos das vias. A REFER, depois de grandes investimentos em novas infraestruturas ferroviárias, detém agora um decisivo e importante papel na resolução das problemáticas que emergem, apostando sempre em tecnologia de ponta para que possa desenvolver um trabalho de conservação que satisfaça todas as necessidades exigidas. Este trabalho desenvolver-se-á nesta ótica de conservação e manutenção, acompanhando todo um processo específico de ataque mecânico pesado, até à sua certificação. A análise dos vários processos caracterizará a exigência referida na manutenção, principalmente da via moderna, onde a fasquia de requisitos é mais elevada.

Soluções de transporte ferroviário: simulação de marcha e de tráfego de veículos de tração diesel e elétrica

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Regularização de barras e soldaduras aluminotérmicas

Relatório de Estágio para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil