Análise numérica do contato roda-trilho com variações de inclinação do trilho e em JICs utilizando MEF

• Autor(a) principal: Cruz, Tiago Carvalho Tepedino
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18163/tde-01112023-155520/
• topic: contato roda-trilho; FEM; ferrovia; IJs (Insulated rail joints); inclinação do trilho; JIC; MEF; rail cant; railway; wheel-rail contact

A degradação dos componentes e da geometria da via-férrea depende do aumento da carga por eixo, da velocidade de operação e do tráfego. A inclinação do trilho é um importante parâmetro de geometria e comumente monitorado para garantir as condições de segurança e conforto ferroviário. As variações nas condições de via podem provocar alterações nas tensões impostas às rodas ferroviárias, bem como aos trilhos, com relação direta com seu desgaste e vida útil. Entender a influência da variação da inclinação (cant) no desempenho dos componentes ferroviários é de extrema importância para a definição dos limites de tolerância da via e adequação dos planos de manutenção. Existem inúmeros padrões de inclinação nas ferrovias, 1:40, 1:30, 1:20. No entanto, a inclinação ideal do trilho para reduzir o estresse e o desgaste do boleto do trilho não foi extensivamente estudada. Este trabalho realiza uma análise do efeito da inclinação do trilho na distribuição de tensões no topo do trilho quando não há JIC e quando esta existe com duas configurações de end post diferentes (fibra de vidro com epóxi e PA66). Para investigar tensões e deformações no boleto do trilho, foi utilizado um Modelo de Elementos Finitos (MEF) com o software Ansys. Para a análise, foi considerado um trilho 136RE com 68 kg por metro linear, carga por eixo de 32,6 ton e perfil de roda AAR-1B. Para representar a rigidez que o lastro exerce sob o dormente (coeficiente de lastro), foi estabelecida uma condição de apoio elástico na base do dormente com rigidez de 0,05N/mm3. A inclinação do trilho foi variada em três valores: 0, 1:20 e 1:40. Os resultados mostram que a tensão no boleto e na roda aumenta com o aumento da inclinação do trilho. A tensão máxima ocorreu na condição com inclinação do trilho de 1:20. A variação da escala de 0 a 1:20 resulta em uma diminuição de aproximadamente 9% na tensão máxima, variando de 947 MPa a 867 MPa. Por outro lado, quando se coloca a JIC, há um aumento na máxima tensão de von-Mises de 22% (end post de fibra de vidro com epóxi) até 35% (end post de PA66), enquanto o aumento de tensão foi de 5,1% quando varia o cant de zero para 1/20 na JIC com end post de PA66. O contato roda-trilho na condição cant zero ocorreu próximo à transição da banda de rodagem e início da raiz do flange, resultando em uma instabilidade dinâmica no rodeiro, pois nesta região o gradiente do raio da roda muda rapidamente. Assim, além de maior tensão de contato, aumenta a propensão à ocorrência do fenômeno de hutting, que pode acelerar o desgaste do trilho e da roda.