Monikappaledynamiikkaan perustuvien kalustomallien verifiointi

Tiia-Riikka Loponen; Pekka Salmenperä; Ida Sangi; Antti Nurmikolu

Monikappaledynamiikkaan perustuvien kalustomallien verifiointi

Tiia-Riikka Loponen, Pekka Salmenperä, Ida Sangi, Antti Nurmikolu

Rakennustekniikka

Tutkimustuotos: Tutkimusraportti

Abstrakti

Kalustomalleja voidaan hyödyntää sekä radan että kaluston käyttäytymisen ar-
vioinnissa. Mallien tulee kuitenkin riittävällä tarkkuudella vastata käytökseltään
oikeaa kalustoa, jotta simulointien tuloksia voidaan pitää luotettavina. Projektin
tarkoituksena oli selvittää luotettavuuden toteamiseen eli verifiointiin sopiva
mittausmenetelmä ja tämän mittausmenetelmän avulla verifioida TTY:llä aiem-
pien projektien yhteydessä rakennetut kalustomallit. Verifioinnin jälkeen malleja
voidaan tietyllä tarkkuudella pitää yhtenevinä oikean kaluston kanssa, jolloin si-
mulointituloksista voidaan tehdä luotettavammin päätelmiä oikean kaluston
käyttäytymisestä erilaisissa kaluston ja radan välisissä vuorovaikutustilan-
teissa.

Kalustomallien verifiointiin on maailmalla käytetty useita erilaisia menetelmiä.
Useimmiten verifiointi suoritetaan mittaamalla oikean kaluston käyttäytymistä
joko staattisesti tai dynaamisesti ja vertaamalla mittaustuloksia kalustomallien
simulointituloksiin. Parhaiten mallin toimivuus selviäisi käyttämällä useita eri-
laisia menetelmiä rinnakkain, mutta verifioinnissa on myös syytä resurssien
puitteissa arvioida, millaisen tarkkuuden saavuttaminen on tarpeellista. Tässä
projektissa sopivaksi verifiointimenetelmäksi todettiin paikallaan suoritettava
moodianalyysi, jonka tuloksena saadaan selville kaluston ominaisvärähtely-
muotoja vastaavat taajuudet ja vaimennukset.

Moodianalyysimittaukset suoritettiin Ed-vaunulle, Ex-vaunulle ja Sp-vaunulle.
Tämän jälkeen mitattujen ominaistaajuuksien ja -vaimennuksien arvoja verrat-
tiin vastaavien kalustomallien ominaismuotoanalyysien tuloksiin. Vertailun pe-
rusteella mallien parametreja muokattiin iteratiivisesti, kunnes simulointitulok-
set vastasivat riittävällä tarkkuudella mittaustuloksia.

Verifioinnin jälkeen kalustomalleja voidaan paremmin hyödyntää kaluston ja ra-
dan välisen vuorovaikutuksen tutkimisessa. Kalustomallien avulla voidaan sel-
vittää esimerkiksi erilaisten ratageometrioiden ja geometriavirheiden, pyörä- ja
kiskoprofiiliyhdistelmien ja tehollisen kartiokkuuden sekä radan jäykkyyden ja
jäykkyysmuutosten vaikutusta rataan kohdistuviin dynaamisiin kuormituksiin.

Alkuperäiskieli	Suomi
Kustantaja	Väylävirasto
Sivumäärä	71
ISBN (elektroninen)	978-952-317-753-6
Tila	Julkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppi	D4 Julkaistu kehittämis- tai tutkimusraportti taikka -selvitys

Julkaisusarja

Nimi	Väyläviraston julkaisuja
Kustantaja	Väylävirasto
Numero	10/2020
ISSN (elektroninen)	2490-0745

Pääsy asiakirjaan

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-317-753-6

Siteeraa tätä

@book{426dc29349a247509b40dcc2d26cdc6c,

title = "Monikappaledynamiikkaan perustuvien kalustomallien verifiointi",

abstract = "Kalustomalleja voidaan hy{\"o}dynt{\"a}{\"a} sek{\"a} radan ett{\"a} kaluston k{\"a}ytt{\"a}ytymisen ar-vioinnissa. Mallien tulee kuitenkin riitt{\"a}v{\"a}ll{\"a} tarkkuudella vastata k{\"a}yt{\"o}kselt{\"a}{\"a}n oikeaa kalustoa, jotta simulointien tuloksia voidaan pit{\"a}{\"a} luotettavina. Projektin tarkoituksena oli selvitt{\"a}{\"a} luotettavuuden toteamiseen eli verifiointiin sopiva mittausmenetelm{\"a} ja t{\"a}m{\"a}n mittausmenetelm{\"a}n avulla verifioida TTY:ll{\"a} aiem-pien projektien yhteydess{\"a} rakennetut kalustomallit. Verifioinnin j{\"a}lkeen malleja voidaan tietyll{\"a} tarkkuudella pit{\"a}{\"a} yhtenevin{\"a} oikean kaluston kanssa, jolloin si-mulointituloksista voidaan tehd{\"a} luotettavammin p{\"a}{\"a}telmi{\"a} oikean kaluston k{\"a}ytt{\"a}ytymisest{\"a} erilaisissa kaluston ja radan v{\"a}lisiss{\"a} vuorovaikutustilan-teissa. Kalustomallien verifiointiin on maailmalla k{\"a}ytetty useita erilaisia menetelmi{\"a}. Useimmiten verifiointi suoritetaan mittaamalla oikean kaluston k{\"a}ytt{\"a}ytymist{\"a} joko staattisesti tai dynaamisesti ja vertaamalla mittaustuloksia kalustomallien simulointituloksiin. Parhaiten mallin toimivuus selvi{\"a}isi k{\"a}ytt{\"a}m{\"a}ll{\"a} useita eri-laisia menetelmi{\"a} rinnakkain, mutta verifioinnissa on my{\"o}s syyt{\"a} resurssien puitteissa arvioida, millaisen tarkkuuden saavuttaminen on tarpeellista. T{\"a}ss{\"a} projektissa sopivaksi verifiointimenetelm{\"a}ksi todettiin paikallaan suoritettava moodianalyysi, jonka tuloksena saadaan selville kaluston ominaisv{\"a}r{\"a}htely-muotoja vastaavat taajuudet ja vaimennukset. Moodianalyysimittaukset suoritettiin Ed-vaunulle, Ex-vaunulle ja Sp-vaunulle. T{\"a}m{\"a}n j{\"a}lkeen mitattujen ominaistaajuuksien ja -vaimennuksien arvoja verrat-tiin vastaavien kalustomallien ominaismuotoanalyysien tuloksiin. Vertailun pe-rusteella mallien parametreja muokattiin iteratiivisesti, kunnes simulointitulok-set vastasivat riitt{\"a}v{\"a}ll{\"a} tarkkuudella mittaustuloksia. Verifioinnin j{\"a}lkeen kalustomalleja voidaan paremmin hy{\"o}dynt{\"a}{\"a} kaluston ja ra-dan v{\"a}lisen vuorovaikutuksen tutkimisessa. Kalustomallien avulla voidaan sel-vitt{\"a}{\"a} esimerkiksi erilaisten ratageometrioiden ja geometriavirheiden, py{\"o}r{\"a}- ja kiskoprofiiliyhdistelmien ja tehollisen kartiokkuuden sek{\"a} radan j{\"a}ykkyyden ja j{\"a}ykkyysmuutosten vaikutusta rataan kohdistuviin dynaamisiin kuormituksiin. ",

author = "Tiia-Riikka Loponen and Pekka Salmenper{\"a} and Ida Sangi and Antti Nurmikolu",

year = "2020",

language = "Suomi",

series = "V{\"a}yl{\"a}viraston julkaisuja",

publisher = "V{\"a}yl{\"a}virasto",

number = "10/2020",

}

TY - BOOK

T1 - Monikappaledynamiikkaan perustuvien kalustomallien verifiointi

AU - Loponen, Tiia-Riikka

AU - Salmenperä, Pekka

AU - Sangi, Ida

AU - Nurmikolu, Antti

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Kalustomalleja voidaan hyödyntää sekä radan että kaluston käyttäytymisen ar-vioinnissa. Mallien tulee kuitenkin riittävällä tarkkuudella vastata käytökseltään oikeaa kalustoa, jotta simulointien tuloksia voidaan pitää luotettavina. Projektin tarkoituksena oli selvittää luotettavuuden toteamiseen eli verifiointiin sopiva mittausmenetelmä ja tämän mittausmenetelmän avulla verifioida TTY:llä aiem-pien projektien yhteydessä rakennetut kalustomallit. Verifioinnin jälkeen malleja voidaan tietyllä tarkkuudella pitää yhtenevinä oikean kaluston kanssa, jolloin si-mulointituloksista voidaan tehdä luotettavammin päätelmiä oikean kaluston käyttäytymisestä erilaisissa kaluston ja radan välisissä vuorovaikutustilan-teissa. Kalustomallien verifiointiin on maailmalla käytetty useita erilaisia menetelmiä. Useimmiten verifiointi suoritetaan mittaamalla oikean kaluston käyttäytymistä joko staattisesti tai dynaamisesti ja vertaamalla mittaustuloksia kalustomallien simulointituloksiin. Parhaiten mallin toimivuus selviäisi käyttämällä useita eri-laisia menetelmiä rinnakkain, mutta verifioinnissa on myös syytä resurssien puitteissa arvioida, millaisen tarkkuuden saavuttaminen on tarpeellista. Tässä projektissa sopivaksi verifiointimenetelmäksi todettiin paikallaan suoritettava moodianalyysi, jonka tuloksena saadaan selville kaluston ominaisvärähtely-muotoja vastaavat taajuudet ja vaimennukset. Moodianalyysimittaukset suoritettiin Ed-vaunulle, Ex-vaunulle ja Sp-vaunulle. Tämän jälkeen mitattujen ominaistaajuuksien ja -vaimennuksien arvoja verrat-tiin vastaavien kalustomallien ominaismuotoanalyysien tuloksiin. Vertailun pe-rusteella mallien parametreja muokattiin iteratiivisesti, kunnes simulointitulok-set vastasivat riittävällä tarkkuudella mittaustuloksia. Verifioinnin jälkeen kalustomalleja voidaan paremmin hyödyntää kaluston ja ra-dan välisen vuorovaikutuksen tutkimisessa. Kalustomallien avulla voidaan sel-vittää esimerkiksi erilaisten ratageometrioiden ja geometriavirheiden, pyörä- ja kiskoprofiiliyhdistelmien ja tehollisen kartiokkuuden sekä radan jäykkyyden ja jäykkyysmuutosten vaikutusta rataan kohdistuviin dynaamisiin kuormituksiin.

AB - Kalustomalleja voidaan hyödyntää sekä radan että kaluston käyttäytymisen ar-vioinnissa. Mallien tulee kuitenkin riittävällä tarkkuudella vastata käytökseltään oikeaa kalustoa, jotta simulointien tuloksia voidaan pitää luotettavina. Projektin tarkoituksena oli selvittää luotettavuuden toteamiseen eli verifiointiin sopiva mittausmenetelmä ja tämän mittausmenetelmän avulla verifioida TTY:llä aiem-pien projektien yhteydessä rakennetut kalustomallit. Verifioinnin jälkeen malleja voidaan tietyllä tarkkuudella pitää yhtenevinä oikean kaluston kanssa, jolloin si-mulointituloksista voidaan tehdä luotettavammin päätelmiä oikean kaluston käyttäytymisestä erilaisissa kaluston ja radan välisissä vuorovaikutustilan-teissa. Kalustomallien verifiointiin on maailmalla käytetty useita erilaisia menetelmiä. Useimmiten verifiointi suoritetaan mittaamalla oikean kaluston käyttäytymistä joko staattisesti tai dynaamisesti ja vertaamalla mittaustuloksia kalustomallien simulointituloksiin. Parhaiten mallin toimivuus selviäisi käyttämällä useita eri-laisia menetelmiä rinnakkain, mutta verifioinnissa on myös syytä resurssien puitteissa arvioida, millaisen tarkkuuden saavuttaminen on tarpeellista. Tässä projektissa sopivaksi verifiointimenetelmäksi todettiin paikallaan suoritettava moodianalyysi, jonka tuloksena saadaan selville kaluston ominaisvärähtely-muotoja vastaavat taajuudet ja vaimennukset. Moodianalyysimittaukset suoritettiin Ed-vaunulle, Ex-vaunulle ja Sp-vaunulle. Tämän jälkeen mitattujen ominaistaajuuksien ja -vaimennuksien arvoja verrat-tiin vastaavien kalustomallien ominaismuotoanalyysien tuloksiin. Vertailun pe-rusteella mallien parametreja muokattiin iteratiivisesti, kunnes simulointitulok-set vastasivat riittävällä tarkkuudella mittaustuloksia. Verifioinnin jälkeen kalustomalleja voidaan paremmin hyödyntää kaluston ja ra-dan välisen vuorovaikutuksen tutkimisessa. Kalustomallien avulla voidaan sel-vittää esimerkiksi erilaisten ratageometrioiden ja geometriavirheiden, pyörä- ja kiskoprofiiliyhdistelmien ja tehollisen kartiokkuuden sekä radan jäykkyyden ja jäykkyysmuutosten vaikutusta rataan kohdistuviin dynaamisiin kuormituksiin.

M3 - Tutkimusraportti

T3 - Väyläviraston julkaisuja

BT - Monikappaledynamiikkaan perustuvien kalustomallien verifiointi

PB - Väylävirasto

ER -