Dinámica Multicuerpo jerárquica para el modelado de la Interacción pantógrafo-catenaria

Abstract

Para recrear la interacción pantógrafo-catenaria y evaluar y validar nuevos diseños, el software de ingeniería asistida por ordenador o CAE ha adquirido un papel crucial a lo largo de los años.

En este proyecto el modelo existente de interacción pantógrafo-catenaria CANDY, desarrollado por un equipo de la Universidad Pontificia Comillas de Madrid, será objeto de una mejora con la implementación de un método de superposición modal, con el objetivo de reducir el tiempo de cálculo sin afectar la precisión general.

En este documento se cubre la implementación del método y el proceso de calibración para ajustar sus resultados a los de la versión anterior de CANDY. Posteriormente se procede a validarlo con la normativa europea EN50318:2018 y es comparado con datos reales de pantógrafo. Se termina poniendo el paquete de simulación en uso mediante la creación de un modelo de machine learning para el análisis preliminar de un pantógrafo.

La superposición modal mixta con formulación FEM ha demostrado proporcionar una mejora sustancial con respecto al enfoque FEM puro anterior de CANDY. Las mejoras de tiempo superaron el 90 %, abriendo nuevas posibilidades de uso para el paquete de simulación. Los errores numéricos asociados están presentes siendo una media de un 10% con respecto a la versión anterior con formulación pura de elementos finitos.

In order to recreate the pantograph-catenary interaction and evaluate and validate new designs, computer aided engineering software or CAE has taken on a crucial role over the years.

In this project, the existing CANDY pantograph-catenary interaction model, developed by a team from the Universidad Pontificia Comillas from Madrid, will be improved with the implementation of a modal superposition method, in order to reduce computation time without affecting general precission.

In this document the implementation method as well as its calibration to adjust its results to the precission of previous CANDY version are covered. Subsequently, it is validated with the European standard EN50318:2018 and compared with real pantograph data. To conclude, it the simulation package is tested by creating a machine learning model for the preliminary analysis of a pantograph.

Mixed modal superposition method with FEM formulation has proven to provide a substantial improvement over CANDY's previous pure FEM approach. The computation time improvements exceeded 90%, opening up new possibilities of use for the simulation package. The associated numerical errors are present, being an average of 10% with respect to the previous version with pure finite element formulation.