22993

تحليل اثر توأمان سامانه تعليق و سيال در تلاطم واگن‌هاي مخزن دار تحت شتاب‌هاي عرضي و طولي

دكتري

ماشين‌هاي ريلي

1393

1399/8/28

دكتر مجيد شهروي

دكتر مسعود صمديان ذكريا

راه آهن

در حال حاضر اكثر واگن‌هاي مخزن‌دار حامل سيال، سوانح متعددي از جمله خروج از خط ريل، عدم تعادل ديناميكي و همچنين مشكلات فني سايش قطعات و خستگي محورها را تجربه مي‌كنند. در اين تحقيق مدل كوپل¬شده CFD-MBD با حذف ساده‌سازي‌ها و محدوديت‌هاي موجود در مطالعات ديگر محققان، براي ارزيابي دقيق رفتار ديناميكي واگن مخزن دار نيمه‌پر تحت شتاب‌هاي عرضي و طولي معرفي شده است. در مدل سهبعدي ديناميك چند جرمي (MBD) پاسخ ارتعاشاتي اجزاي واگن شامل بدنه مخزن، دو بوژي و چهار مجموعه چرخ و محور به روش رانگ كوتا مرتبه چهار به دست آمده است. مدل سه‌بعدي ديناميك سيال محاسباتي (CFD) نيز براي بررسي ديناميك تلاطم گذراي سيالِ داخل مخزن با استفاده از تكنيك حجم سيال (VOF) براي حل معادلات ناوير-استوكس و رديابي سطح آزاد سيال آناليز شده است. سپس فرآيند عددي كوپل¬ بين مدل‌هاي MBD و CFD به منظور تحليل اندركنش هم‌زمان ديناميك اجزاي واگن و ديناميك تلاطم گذراي سيال توسعه يافته است. اعتبارسنجي نتايج به دست آمده با استفاده از روش آزمايشگاهي انجام شده است. با مطالعه پارامتري بر روي متغيرهاي موجود شامل حجم پرشوندگي، هندسه سطح مقطع و سرعت واگن در مسيرهاي ريل مستقيم و ريل قوس‌دار پاسخ ديناميك تلاطم سيال و ديناميك اجزاي واگن همانند خروج از خط و سرعت هانتينگ استخراج شده است. نتايج نشان مي‌دهد سطح مقطع بيضي اصلاح شده مشخصه‌هاي ديناميكي حركت واگن را تا 30% بهبود مي‌دهد. با افزايش حجم پرشوندگي مخزن از 30% تا 70% ضريب خروج از خط و سرعت هانتينگ به ترتيب 4% افزايش و 18% كاهش يافته است.

1399/10/16

Analysis of the Simultaneous Interaction Suspension System and Fluid for Tank Wagons under Transverse and Longitudinal Accelerations

11/18/2020 12:00:00 AM

Currently, most fluid-carrying tank wagons experience many accidents, including derailment, instability and technical problems such as axle fatigue and wear. In this study, the coupled CFD-MBD numerical model is proposed for an accurate evaluation of the behavior of the partially-filled tank wagon under transverse and longitudinal accelerations without limitations expressed in other researchers' studies. In the three-dimensional multi-body dynamic (MBD) model the vibration response of the wagon components comprising car-body, two bogies, and four wheel-sets are obtained by Fourth-order Runge-Kutta method. Also, the computational fluid dynamics (CFD) is analysed for investigation of the transient fluid slosh inside the tank using the volume of fluid (VOF) technique for solving the Navier-Stokes equations and tracing the fluid free surface. Then the numerical process of coupling CFD and MBD models is developed for the simultaneous interaction of the wagon dynamics and transient fluid slosh.Validation of the numerical results are carried out using experimental method. By parametric study on the filled-volume, tank cross-section geometry and wagon velocity on the straight and curved track, the dynamic characteristics of a partially-filled tank wagon such as derailment coefficient and hunting velocity are derived. The results indicate the modified elliptical cross-section improves the dynamic characteristics of the wagon up to 30%. With increasing filled-volume from 30% to 70%, the derailment coefficient and hunting velocity increased by 4% and decreased by 18%, respectively.

واگن مخزن دار نيمه پر , ديناميك چند جرمي , ديناميك سيالات محاسباتي , مدل كوپل شده , خروج از خط , سرعت هانتينگ

Partially-filled tank wagon , Computational fluid dynamics (CFD) , Multi-body dynamics (MBD), , Coupled CFD-MBD model , Derailment, , Hunting velocity