Modelado de la interacción entre pantógrafo y catenaria rígida con técnicas de elementos finitos y validación con ensayos modales experimentales - Simarro-Vega, Montserrat (UMA Editorial, 2023)
El trabajo de la presente tesis se enmarca en el sector ferroviario. Desde su invención, el ferrocarril trajo cambios importantes en las costumbres de las sociedades. A día de hoy, el ferrocarril tiene además un papel significativo en las políticas sociales, económicas, energéticas, etc. de todas las sociedades modernas. En la actualidad, una de las soluciones más habituales para generar la tracción en los ferrocarriles es mediante motores eléctricos. De todos los sistemas de alimentación eléctrica de trenes existentes, este trabajo se centra en la catenaria rígida. Este sistema está actualmente en expansión, siendo muy valorado por los administradores ferroviarios, pues presenta algunas ventajas frente a los sistemas convencionales, como es el caso de la catenaria flexible. A pesar de sus cualidades, la alimentación mediante catenaria rígida aún no está lo suficientemente desarrollada, pues tiene pendiente mejorar algunos aspectos técnicos relevantes que permitan proporcionar un mejor funcionamiento. Uno de estos aspectos clave es la pobre transmisión de corriente y los problemas de desgaste prematuro en los materiales de contacto que se generan al aumentar la velocidad de explotación de los ferrocarriles. Esta tesis se propone como objetivo ampliar el conocimiento acerca de la interacción entre pantógrafo y catenaria rígida con el fin de mejorar la transmisión de corriente y reducir los futuros desgastes de los materiales en contacto. Para alcanzar este objetivo se considera necesario disponer de modelos matemáticos validados de catenaria rígida y pantógrafo que permitan simular el comportamiento de la interacción en un amplio rango de configuraciones típicas de operación de este tipo de instalaciones.
Los resultados de estas simulaciones permitirán proponer nuevas soluciones de diseño de ambos sistemas que contribuyan a una mayor explotación de las vías y a la reducción de costes de instalación y mantenimiento. Para ello se plantearon tres etapas principales que se enumeran a continuación: I. Desarrollo de una herramienta basada en algoritmos evolutivos para automatizar el proceso de validación de modelos matemáticos a partir de resultados de ensayos modales experimentales en túnel y laboratorio. II. Validación de modelos matemáticos de catenaria a partir de la caracterización dinámica con ensayos modales experimentales de un cantón de catenaria rígida realizados en una instalación real de la Red de Cercanías de Málaga en el túnel del Guadalhorce. III. Estudio de la interacción entre el modelo de catenaria rígida previamente validado y modelos de pantógrafo seleccionados de bibliografía que han sido contrastados por otros equipos de investigación referentes en este campo de estudio.
Keywords: Ferrocarriles - Tesis doctorales; Ingeniería mecánica - Tesis doctorales; Contact forces; Overhead conductor rail (OCR); Rigid overhead line; Pantograph; Dynamic interaction