Interier Vibration Analysis of Moving Train

V této diplomové práci je sestaven multi-body systém, simulující jízdu vlaku po železniční trati. Model je zaměřen na vznik vibrací v případě defektních stavů. Předmětem práce je zkoumání vlivu vibrací v interiéru kolejového vozidla. V první části práce je provedena rešerše publikovaných dynamických modelů. Jsou popsány různé možnosti při modelování železniční tratě a vlaku. Dále je v rámci rešerše představeno několik způsobu řešení, které lze pro simulaci jízdy vlaku po trati použít. Na základě rešerše byla konkrétně specifikována struktura modelu a způsob řešení. Hlavní oblastí zájmu je kolej, na které vibrace při kontaktu s kolem vznikají, a skříň vozu, ve které budou vibrace dále analyzovány. Z tohoto důvodu byly obě tyto části modelovány jako flexibilní tělesa. Sestavený model využívá pro popis flexibilních těles diskretizaci metodou konečných prvků. Výpočet v časové doméně je proveden pomocí zobecněných souřadnic a modální superpozice. V práci je podrobně popsáno sestavení modelu. Celý model je sestaven v prostředí Matlab a všechny kódy jsou součástí přílohy. Model umožňuje libovolně měnit všechny parametry tratě i vozu, včetně jejich geometrických vlastností. V modelu jsou zahrnuty 4 excitační mechanismy simulující tyto defekty: ploché kolo, podemletý pražec, poškozený pražec a opotřebení kolejnice. Po sestavení modelu jsou provedeny simulace za bezporuchových podmínek a podrobný popis chování jednotlivých komponent systému. Následně jsou provedeny simulace poruchových stavů, načež je kombinací všech defektů sestavena odezva skříně vozu pro analýzu vibrací v interiéru. V poslední části je odezva získaná z modelu převedena do frekvenčního spektra a využita k analýze náhodných vibrací v interiéru vozidla v prostředí Ansys. K analýze slouží 3D model stropního obložení vlaku, na kterém jsou porovnány účinky statického a dynamického zatížení. Pomocí analýzy náhodných vibrací byla stanovena oblast s největším napětím. V závěru je navržena úprava dílu, která vede ke zlepšení pevnostních vlastností sestavy.In this work, a multibody system of a passing train on a railway is created. The model is focused on the vibrations, which are related to defect conditions. The subject of this work is to investigate the effect of vibrations in the interior of a rail vehicle. In the first part of the work, research of published dynamic models is performed. Various options for track and train modeling are described. Furthermore, the research presents several solution methods that can be used to simulate the moving train. Based on the research, the structure of the model and the method of solution were determined. The main areas of interest are the track, on which vibrations occur in contact with the wheel, and the car body, in which the vibrations will be further analyzed. For this reason, both parts were modeled as flexible bodies. The assembled model uses finite element discretization to describe flexible bodies. The time domain simulation is done by using generalized coordinates and modal superposition. The work describes the construction of the model in detail. The whole model is written in the Matlab and all codes are part of the appendix. The model allows change of all the parameters of the track and the car, including their geometric dimensions. The model includes 4 excitation mechanisms simulating the following defects: flat wheel, lifted sleeper, damaged sleeper and rail wear. After the model algorithm is fully described, the simulations without any defect are performed and a behavior of each system component is described. Finally, simulations of defect conditions are performed. Thanks to the combination of all defect conditions the response of the car body for the analysis of vibrations in the interior is compiled. In the last part, the compiled response in the frequency domain is used for the analysis of random vibrations in the vehicle interior in the Ansys environment. A 3D model of the train's ceiling paneling is used for the analysis, on which the effects of static and dynamic loads are compared. The area with the highest stress was determined by random vibration analysis. In the end, the modification of the part is proposed, which leads to the improvement of the strength properties of the assembly.