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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Railways are infrastructures subject to open weather conditions and also to temperature changes
during the day and over the season. Due to this change, internal stresses may appear, whether
tensile or compressive depending on the stress-free temperature and the current measure. High
compressive stress may lead the track to buckle, meanwhile tensile stress can cause brittle
failure. Given the importance of the temperature on railways, many models have been developed
to correlate weather conditions and rail temperatures, in order to avoid the occurrence of
mechanical instabilities which cause major problems in the operation of railroads. The present
work validates one model developed by CNU university by comparing it with nite element
solutions and also with experimental data of a rail track in the city of Mirandela-Portugal. A
python package was developed to solve the model and is available to download. The model
shows a good correlation between measured and simulated rail temperatures. In addition,
by utilizing weather information of other locations in Portugal, the maximum expected rail
temperatures were determined. Furthermore, mechanical analyses were made to analyze the
critical temperature to reach the buckling mode of instability without the e ect of rolling loads
and also the important parameters that a ect this phenomenon. The simulations show that
the quality of the ballast and the initial miss-alignment of the track are the most important.
Keywords:
Caminhos de ferro s~ao estruturas expostas a uma grande variedade de condi c~oes clim aticas e, concretamente a varia c~oes de temperatura durante o dia e ao longo das esta c~oes durante o ano. Devido a estas varia c~oes tens~oes internas ocorrem, podendo ser esfor cos de compress~ao ou tra c~ao, dependendo da temperatura neutral do per l. A ocorr^encia de tens~oes de compress~ao elevadas pode causar encurvadura da via, enquanto que os esfor cos de tra c~ao podem ocasionar a fratura fr agil. Devido a import^ancia das temperaturas nas vias f erreas, muitos modelos t^em sido desenvolvidos para correlacionar condi c~oes clim aticas com a temperatura da via tendo em vista o seu uso como ferramenta de preven c~ao de acidentes na opera c~ao. O presente trabalho utiliza um destes modelos, desenvolvido pela universidade CNU e valida-o utilizando solu c~oes com o m etodo dos elementos nitos e, tamb em, com dados experimentais de uma via f errea localizada na cidade de Mirandela-Portugal. Foi ainda desenvolvido um software utilizando a linguagem Python para facilitar a solu c~ao do modelo, estando ainda dispon vel para download. O modelo demonstrou boa correla c~ao entre as temperaturas simuladas e medidas. Al em disso, utilizando informa c~oes meteorol ogicas de outras localidades em Portugal, as temperaturas m aximas esperada das vias foram determinadas. Posteriormente, an alises mec^anicas de encurvadura foram realizadas para determinar em quais temperaturas uma via ferra pode sofrer encurvadura e, tamb em, quais par^ametros que in uenciam este fen^omeno. As simula c~oes mostram que a qualidade do balastro e as imperfei c~oes iniciais da via s~ao os mais importantes.
Caminhos de ferro s~ao estruturas expostas a uma grande variedade de condi c~oes clim aticas e, concretamente a varia c~oes de temperatura durante o dia e ao longo das esta c~oes durante o ano. Devido a estas varia c~oes tens~oes internas ocorrem, podendo ser esfor cos de compress~ao ou tra c~ao, dependendo da temperatura neutral do per l. A ocorr^encia de tens~oes de compress~ao elevadas pode causar encurvadura da via, enquanto que os esfor cos de tra c~ao podem ocasionar a fratura fr agil. Devido a import^ancia das temperaturas nas vias f erreas, muitos modelos t^em sido desenvolvidos para correlacionar condi c~oes clim aticas com a temperatura da via tendo em vista o seu uso como ferramenta de preven c~ao de acidentes na opera c~ao. O presente trabalho utiliza um destes modelos, desenvolvido pela universidade CNU e valida-o utilizando solu c~oes com o m etodo dos elementos nitos e, tamb em, com dados experimentais de uma via f errea localizada na cidade de Mirandela-Portugal. Foi ainda desenvolvido um software utilizando a linguagem Python para facilitar a solu c~ao do modelo, estando ainda dispon vel para download. O modelo demonstrou boa correla c~ao entre as temperaturas simuladas e medidas. Al em disso, utilizando informa c~oes meteorol ogicas de outras localidades em Portugal, as temperaturas m aximas esperada das vias foram determinadas. Posteriormente, an alises mec^anicas de encurvadura foram realizadas para determinar em quais temperaturas uma via ferra pode sofrer encurvadura e, tamb em, quais par^ametros que in uenciam este fen^omeno. As simula c~oes mostram que a qualidade do balastro e as imperfei c~oes iniciais da via s~ao os mais importantes.
Description
Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Keywords
Railway Thermal buckling Numerical simulation Finite element analysis