Analise das solicitações dinamicas na via ferrea através da simulação da interação entre o veiculo e a via

Resumo: Este trabalho apresenta uma ampla revisão sobre a análise de tensões devidas a solicitações estáticas e dinâmicas na via férrea. A partir desta revisão é desenvolvido um modelo sobre apoio discreto da interação dinâmica vertical entre veículo e via ferroviários, para a faixa de freqüência de interesse variando entre 50 e 2500 hertz, que permite determinar vários parâmetros relacionados à análise de tensões dinâmicas, como a força no contato entre a roda e o trilho e as deformações devidas ao cisalhamento. Este modelo tem formulação baseada no Método dos Elementos Finitos com solução no domínio do tempo. O contato entre a roda e o trilho é modelado como sendo normal, através de uma mola não-linear hertziana. O modelo leva em consideração não-linearidades como o levantamento do dormente em relação à camada de lastro. É proposta uma técnica de solução no tempo baseada em um esquema de integração numérica tipo Newmark-'beta' para sistemas dinâmicos não-lineares, com uma rotina de otimização do desequilíbrio nodal do sistema formado pelo veículo e a via baseada no método quasi-Newton com busca unidimensional. Foram implementadas e testadas três formulações de elementos finitos de viga para a modelagem do trilho na análise dos efeitos dinâmicos devidos a dois tipos de irregularidade (trilhos corrugados e "planos-na":roda"), para se obter a formulação mais adequada. Posteriormente é feito um estudo sobre os parâmetros a serem utilizados na simulação. É proposta uma metodologia baseada no modelo de Winkler e no método dos elementos finitos para a obtenção dos parâmetros de rigidez da camada de lastro. É desenvolvido um estudo de caso relacionado aos efeitos dinâmicos que uma irregularidade tipo "plano-na-roda" teria sobre três tipos de via tipicamente brasileiras. O modelo desenvolvido forneceu respostas realistas dentro da faixa de freqüência de interesse. Finalmente, são apresentadas as conclusões finais do trabalho e sugestões de estudos futurosAbstract: This work presents initially a wide revision on the railway static and dynamic analysis. Starting from this revision a discret support model of the vertical vehiclejtrack dynamic interaction, at the frequency range of 50 to 2500 Hertz, is developed. It allows to determine several parameters related to the dynamic analysis, as the wheel / rail contact force and the rail shear strain. This model has formulation based on the Finite Element Method with a time domain solution. The wheel / rail contact is considered to be normal by using a non-linear hertzian contact spring. The track model developed is able to consider nonlinearities in the track structure. A time-step integration algorithm based on a Newmark-'beta' scheme, with a optimization routine for solving the nodal unbalance of the dynamic system, based on the quasi-Newton method with a line search was developed. Three beam finite elements formulations for the rail model was used in the analysis of the dynamic effects due to two irregularity types (corrugated rails and wheelflats), were implemented and tested for to obtain the most adequate formulation. After, a study was done for determining the ballast stiffness that could be used in the simulation. A methodology based on the Winkler and Finite Element Methods for to obtain these parameters was proposed. A case study related to the dynamic effects of a wheelflat on three typical brazilian railway tracks was developed. The developed model provided realistic responses in the frequency range of interest. Finally, the conclusions and future research works are presente