Development of finite element thermal models for the estimation of the temperature field in tread braked railway wheels.

Abstract

This thesis validates a 2D APDL steady-state thermal model of a freight train wheel during tread braking by comparing it to a 3D Finite Element model in ANSYS Workbench. The APDL model uses harmonic axisymmetric elements and Fourier-decomposed non-axisymmetric loads, while the Workbench model directly applies the decomposed steady-state thermal load. A transient model is also developed to validate future APDL models with rotating loads. The steady-state model is tested with both simplified and accurate geometries, and the transient model with simplified geometry. All simulations assume fixed wheel conditions.

Esta tesis valida un modelo térmico APDL 2D estacionario de una rueda de tren de mercancías durante el frenado de la banda de rodadura, comparándolo con un modelo de elementos finitos 3D en ANSYS Workbench. El modelo APDL utiliza elementos axisimétricos armónicos y cargas no axisimétricas descompuestas por Fourier, mientras que el modelo Workbench aplica directamente la carga térmica descompuesta en estado estacionario. También se ha desarrollado un modelo transitorio para validar futuros modelos APDL con cargas rotativas. El modelo estacionario se prueba con geometrías simplificadas y precisas, y el modelo transitorio con geometría simplificada. Todas las simulaciones asumen condiciones de rueda fijas.

Tesi honek merkantzia-trenaren gurpil baten APDL 2D eredu termiko geldikor bat baliozkotzen du errodadura-banda balaztatzen den bitartean, ANSYS Workbench-en 3D elementu finituen modelo batekin alderatuz. APDL ereduak elementu harmoniko axisimetrikoak erabiltzen ditu, eta karga ez-axisimetrikoak Fourierren transformatuaren bidez deskonposatzen dira. Bestalde, Workbench ereduak zuzenean aplikatzen du egoera egonkorrean deskonposatutako karga termikoa. Horrez gain, etorkizunean karga birakariak dituzten APDL eredu iragankorrak baliozkotzeko, eredu iragankor bat garatu da. Eredu geldikorra geometria sinplifikatu eta zehatzekin aztertzen da, eta eredu iragankorra soilik geometria sinplifikatuarekin. Simulazio guztiak gurpil finkoen baldintzetan egiten dira.