Modelización Térmica de Discos de Freno Ferroviarios.

En el presente proyecto se ha inicializado una actividad de capacitación en cálculos termo-mecánicos con el objetivo de tener una herramienta que permita dimensionar el sistema de freno de fricción en bogie, concretamente en cuanto a número de discos y su material (fundición o acero). En primer lugar, se estudia el planteamiento del problema general, analizando los datos disponibles para su resolución. Posteriormente, se elige una metodología de cálculo desacoplado, empleando tres modelos en Abaqus que interactúan entre sí para transmitir los resultados: modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD), modelo térmico y modelo mecánico. Para cada modelo, se expone una descripción detallada que incluye los siguientes puntos: marco teórico, geometría empleada, condiciones del modelo, parámetros de cálculo y salida de resultados. El modelo CFD se emplea para obtener los coeficientes de transferencia de calor por convección, conociendo el flujo de calor que se disipa al aire cuando el disco está a una determinada temperatura y gira a una determinada velocidad de rotación. A continuación, se realiza el modelo térmico para calcular la distribución de temperaturas en el sistema de frenado, con el objeto de determinar la capacidad de disipación de calor del disco de freno. Con los resultados térmicos del análisis, mediante el tercer modelo, se estudia el estado de tensión creado por los gradientes de temperatura, se superpone al estado inicial de precarga del conjunto eje-rueda-discos y se comprueba la resistencia mecánica del disco de freno. Una vez definidos los modelos de cálculo del problema, para automatizar el tratamiento de resultados, se han creado herramientas de post-proceso: dos script de obtención de ficheros de resultados en código Python y una macro de Excel en código Visual Basic. Finalmente, se ha aplicado la metodología en los vehículos Oaris y Civity, realizando un cálculo termo-mecánico de los discos de freno montados en rueda. Los resultados obtenidos se han comparado con informes de cálculos previos proporcionados por los proveedores, concluyendo que a pesar de observarse algunas diferencias, la metodología desarrollada es válida siempre y cuando se disponga de las características de los materiales