3D Finite Element Analysis of Wheel/Rail normal contact problem using ANSYS software

La meccanica del contatto fra ruota ferroviaria e rotaia, è una delle più importanti aree di studio nell’Ingegneria Ferroviaria. Ad oggi, un vasto numero di formulazioni analitiche sono state proposte dai ricercatori, con lo scopo di valutare i parametri di contatto tra ruota e rotaia ed arrivare ad una descrizione affidabile delle forze che agiscono nell’area di contatto. Comunque, solo alcuni dei metodi disponibili permettono di considerare, nelle loro elaborazioni, la reale geometria di contatto tra ruota e rotaia o la non linearità delle proprietà dei materiali impiegati. Un’alternativa ai metodi analitici per descrivere la fisica del contatto tra ruota e rotaia e di fare uso di tecniche computazionali numeriche quale l’Analisi agli Elementi Finiti (FEA – Finite Element Analysis). Il vantaggio di questo metodo è dato dalla possibilità di poter modellare complesse geometrie che permettono di simulare più accuratamente il contatto tra ruota e rotaia e determinare l’ampiezza degli stress e la loro distribuzione, oltre alla dimensione e forma dell’area di contatto. Per questa ragione, un modello agli Elementi Finiti tridimensionale della ruota ferroviaria e della rotaia è stato creato utilizzando Ansys Parametric Design Language di ANSYS per studiare il problema di contatto normale. Per verificare l’accuratezza dei risultati forniti dal modello, questo è stato validato in confronto alla teoria di Hertz sul contatto elastico. Questa teoria rappresenta la base sulla quale la maggior parte dei modelli computazionali vengono sviluppati. Il principali scopi di questa tesi sono quindi di studiare i problemi del contatto tra ruota e rotaia e di valutare l’influenza dei parametri operativi quali il coefficiente di frizione, lo spostamento laterale della sala montata e l’inclinazione della rotaia sul piano orizzontale, sulla fisica del contatto.