Comillas Pontifical University. Madrid (Spain)
June 25th, 2009
Summary:
En esta tesis doctoral se aborda por una parte el cálculo dinámico y el análisis de la interacción catenaria-pantógrafo y, por otra parte, la optimización de la infraestructura asociada a la catenaria desde diferentes perspectivas.
La simulación del fenómeno de interacción dinámica entre catenaria y pantógrafo requiere desarrollar modelos muy exigentes en precisión, especialmente cuando se acomete el cálculo de líneas de alta velocidad en el ámbito europeo, con lo que consecuentemente la capacidad computacional requerida puede ser muy elevada. Con la doble perspectiva de aumentar precisión y reducir tiempo de cálculo en los modelos de simulación se enfoca el método propuesto en esta tesis, cuya aportación original más determinante en este sentido es la de un modelo de elementos finitos con formulación corrotacional para la catenaria, con una malla móvil y solidaria al punto de contacto que permite reducir considerablemente el número total de elementos. Los resultados obtenidos son satisfactorios tanto en la precisión del modelo, validando éste de acuerdo el Estándar Europeo EN50318:2002; como en el coste computacional, pudiendo reducir los tiempos de cálculo en torno al 60% respecto a un modelo clásico de elementos finitos.
Asimismo, el diseño de configuraciones óptimas de catenarias y de infraestructuras circundantes también se enmarca dentro de las necesidades y directrices europeas de transporte. En este sentido se proponen tres procedimientos de optimización mediante algoritmos genéticos para distintos alcances. El primer enfoque se ha orientado hacia el análisis cualitativo y la posibilidad del acoplamiento de variables eléctricas y mecánicas en el diseño, concretamente sobre el dimensionamiento y la configuración de los soportes estructurales y del sistema de cables que componen la catenaria. La segunda aplicación tratada es la del diseño óptimo de la configuración del pendolado, para la cual se ha analizado la validez de los criterios estáticos habituales mediante optimización multiobjetivo, procediendo a su contrastación posterior con criterios dinámicos empleando los modelos desarrollados en el cálculo de la interacción catenaria-pantógrafo. Por último se ha abordado la optimización del diseño de la electrificación basada en criterios económicos conjugando objetivos de dimensionamiento, configuración y topología, comparando finalmente el diseño propuesto con el obtenido mediante programación entera mixta sobre un tramo del trazado real de alta velocidad española Madrid-Barcelona.
Citation:
J.R. Jiménez-Octavio, "Análisis dinámico y optimización de catenarias para alta velocidad", PhD. dissertation, Comillas Pontifical University, Madrid, Spain, 2009.
