Wheel and Rail Profile Design
Multi-Objective Optimisation of the Wheel-Rail Interface Using Dynamic Simulations to Minimise Wear and Rolling Contact Fatigue
Tid: Fr 2025-12-12 kl 09.00
Plats: F3, Lindstedtvägen 26
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/64897602106
Språk: Engelska
Ämnesområde: Farkostteknik
Respondent: Elham Khoramzad , Fordonsteknik och akustik
Opponent: Professor Jens Nielsen,
Handledare: Carlos Casanueva, ; Saeed Hossein-Nia, ; Sebastian Stichel,
QC 251118
Abstract
Interaktionen mellan hjul och räl är central för järnvägssystemets prestanda, säkerhet och underhållskostnader. Nedbrytande fenomen såsom slitage och rullkontaktutmattning har sitt ursprung i de komplexa mekaniska och dynamiska processerna vid kontaktytan mellan hjul och räl. I takt med ökande trafikvolymer, högre axellaster och högre hastigheter accentueras dessa nedbrytningsmekanismer, vilket resulterar i mer frekvent och kostsamt underhåll. Avhandlingen adresserar dessa utmaningar genom utveckling och tillämpning av multiobjektiva optimeringstekniker för utformning av hjul- och rälsprofiler, med det övergripande syftet att reducera skadefrekvensen och förlänga komponenternas livslängd.
Ett förfinat modelleringsramverk introduceras för hjul-räl kontakten, vilket inkluderar en varierande friktionskoefficient för att förbättra uppskattningen av dragkraft, slitage och rullkontaktutmattning. Vidare utvecklas ett index för att kvantifiera sannolikheten för förekomst av kurvskrik på specifika spåravsnitt, och därigenom stödja utvecklingen av strategier för bullerminskning.
Prestandan hos två multiobjektiva optimeringsalgoritmer, NSGA II respektive MOPSO, analyseras under identiska förhållanden i syfte att belysa deras lämplighet för profiloptimering. Praktiska implementeringsaspekter, däribland begränsningar vid rälsslipning, beaktas uttryckligen för att säkerställa att de optimerade rälsprofilerna är tillämpbara under verkliga driftsförhållanden.
Den föreslagna optimeringsmetodiken tillämpas både inom persontrafik och tung godstrafik. För ett bredspårigt tunggodssystem presenteras nya metoder för optimering av hög- och lågrälsprofiler i kurvor samt av multipla profiler för rakspår. Därtill föreslås en systematisk ansats för integrerad optimering av hjul- och rälsprofiler på en dedikerad tunggodsbana, med beaktande av infrastrukturägarens specifika krav.
Resultaten visar att optimerade hjul- och rälsprofiler kan medföra en avsevärd reduktion av energiförluster, slitage och utmattning,samtidigt som fordonsstabilitet och styrprestanda upprätthålls, komponenternas livslängd förlängs och underhållsbehoven minskar. Avhandlingen inkluderar såväl metodologiska framsteg som praktiska lösningar för järnvägsoperatörer och infrastrukturförvaltare, och främjar därigenom en hållbar utveckling av järnvägssystemet under moderna driftsförhållanden.