Simpack jest liderem technologii MBS na rynku. Oferuje wszystkie niezbędne narzędzia do przeprowadzania symulacji układów wieloczłonowych (przyp. Multi-Body Simulation) – ergonomiczny interfejs oraz zaawansowane solvery najwyższej klasy (rys.1). Simpack posiada holistyczną architekturę oprogramowania, co oznacza, że wszystkie funkcje są ze sobą kompatybilne i podzielone na moduły w zależności od konkretnego zastosowania lub branży, od budowy maszyn ogólnie, przez motoryzację i kolejnictwo, aż po turbiny wiatrowe.
Wspólną cechą wszystkich modeli MBS jest to, że mogą one odwzorowywać złożone systemy mechaniczne i mechatroniczne, umożliwiając analizę ich zachowania dynamicznego w trakcie dowolnego scenariusza projektowego. Wyniki mogą dotyczyć odpowiedzi na typowe obciążenia, przypadki normowe, ale również sytuacji kosztowych i trudnych do zrealizowania (wypadków, przeciążeń, niewłaściwego użytkowania).
Simpack FlexTrack i czym są moduły?
Dedykowane funkcjonalności Simpack są rozdzielone pomiędzy moduły. Kluczem podziału na moduły jest wspólne przeznaczenie ich zawartości, celem natomiast, łatwa personalizacja Simpack do różnych potrzeb, różnych użytkowników.
Rail jest jednym ze wspomnianych modułów. Pozwala on dodawać do modelu Simpack elementy związane z drogami kolejowymi i poruszającymi się po nich pojazdami, przykładowo sztywne tory z pojazdami szynowymi. Z kolei moduł Flextrack pozwala rozszerzyć Simpack o definicje umożliwiające zastosowanie odkształcalnego toru kolejowego.
W zależności od intencji można uzbroić program jeszcze bardziej, np. o elementy modelujące szczegółowo konkretny typ połączenia i dodatkowe interakcje, np. łożyska lub kontakt między dowolnymi powierzchniami.
Kiedy potrzebuję Simpack Flextrack?
Najprostsza odpowiedź brzmi: zawsze wtedy, gdy ograniczenie do sztywnej bryły staje się dla Ciebie przeszkodą. Wynika to zarówno z symulowanego zjawiska, jak i złożoności analizowanych układów.
Niezależnie od szczegółów dotyczących rzeczywistej struktury torowiska, w symulacjach MBS powszechnie przyjmuje się założenie, że każdy komponent modelu jest sztywny. Wyższy poziom szczegółowości zwiększa zakres częstotliwości uwzględnianych w obliczeniach, zarówno pod względem wymuszeń, jak i dynamiki samego układu. Jednym z czynników może być wpływ ruchu pojazdu na sprężystym podłożu i odkształcalnym torze kolejowym. Deformacje idealnej linii toru bezpośrednio wpływają na powierzchnię kontaktu oraz siły oddziaływania między kołem a szyną.
Jak skorzystać?
Właściwie potrzebujesz dwóch narzędzi do symulacji: dodatku Simpack FlexTrack oraz oprogramowania do Metody Elementów Skończonych (zalecany jest Abaqus). Proszę o kontakt, jeśli jesteś zainteresowany którymkolwiek z produktów firmy Dassault Systèmes. Nie tylko doradzamy, używamy oprogramowania do symulacji na co dzień i robimy to od lat.
Modelowanie MES jest etapem pośrednim wymaganym podczas konfiguracji FlexTrack w Simpack. Model elementów skończonych musi być zgodny z określoną geometrią drogi kolejowej, tzn. przebiegiem osi toru oraz ich układem, a także rozstawem i orientacją szyn. Pozostałe aspekty modelowania związane są ogólnie z konstrukcją podtorza i rodzajem torowiska – szyny na podkładach i warstwie tłucznia lub kotwione w płycie betonowej, z uwzględnieniem lub bez uwzględnienia specyfiki systemów łączników i technologii mocowania i łączenia szyn.
Liniowy FlexTrack
Jest super łatwy w użyciu. Liniowy FlexTrack to jeden z typów odkształcalnego torowiska, który nie wymaga etapu generowania superelementu MES (substruktury w Abaqus). Globalny model MES jest używany bezpośrednio, bez redukcji wskutek osobnej analizy. Wystarczy opisać odkształcalność, wyznaczonym zestawem postaci drgań własnych oraz wskazać zbiory węzłów na środku główki każdej szyny. Rysunek 2 przedstawia jedną postać drgań, wybraną z rozwiązania problemu własnego drgań swobodnych.
Praktyczny przykład
Do demonstracji przygotowano prosty odcinek drogi kolejowej z sekcją deformowalną. Tor kolejowy składa się z szyn UIC60 ułożonych na podkładach PS-94 z nachyleniem poprzecznym 1:40 i rozstawem 0,6 m, które są odpowiednie dla torów 1. klasy zgodnie z normami przemysłu kolejowego. System mocowania szyn oraz fundament podkładów przyjęto jako w pełni sprężysty. Model MES liniowego odkształcalnego toru został najpierw stworzony w Abaqus, a następnie zintegrowany ze scenariuszem przejazdu pojazdu szynowego i skonfigurowany jako symulacja MBS w Simpack.
Wyniki
Całkowita masa pojazdu wyniosła około 31,310 tony, co daje obciążenie spoczynkowe osi równe 76,8 kN w przypadku wagonu z czterema wózkami. Rysunek 3 przedstawia historię siły pionowej przenoszonej z przedniego wózka na obie szyny. Wykres koncentruje się na różnicy między stabilnym transferem obciążenia na sztywnym torze a sygnałem zaszumionym w skutek przejazdu po odkształcalnym torowisku.
Pionowa reakcja z przedniej osi pierwszego zestawu kołowego.
Oczywiście, możliwe jest sporządzenie mapy konturowej samej deformacji, ale zamiast tego przyjrzyjmy się bliżej interfejsowi szyna-koło. Widoczna na rysunku 4 animacja, przedstawia fragment historii przejazdu wagonu w ujęciu nacisku wywieranego przez koło na szynę. Po prawej stronie tego rysunku można zaobserwować ewolucję normalnych naprężeń kontaktowych w zależności od zmian kształtu powierzchni nacisku oraz pozycji koła wzdłuż toru, pokazanej po prawej stronie. Tak więc zgodnie z oczekiwaniami, obserwowany jest bezpośrednia zależność sytuacji kontaktowej od odkształcalności toru.
Podsumowanie
Wpływ odkształcalnych ciał w MBS został zaprezentowany na przykładzie toru kolejowego. Będzie on jeszcze bardziej zauważalny przy zachowaniu odpowiedniej pozycji szyn z powodu deformacji w smukłych strukturach torowych, takich jak mosty. Zastosowania mogą być znacznie szersze w zależności od analizowanego przypadku i najczęściej są związane z miejscami koncentracji naprężeń, wykorzystywanymi w ocenie zużycia i trwałości zmęczeniowej.
Interesuje Cię ulepszenie Twoich modeli MBS poprzez dodanie odkształcalnych elementów, takich jak tory lub inne części konstrukcyjne? Nadal nie jesteś przekonany? Chciałbyś wypróbować oprogramowanie BRIGADE do komputerowego wspomagania projektowania mostów? Może szukasz narzędzi takich jak fe-safe lub Simpack Wear do wsparcia swoich obliczeń o trwałość zmęczeniową i ocenę zużycia wskutek ścierania?
