Resumen de Analysis of rail cooling strategies through numerical simulation with instant calculation of thermal expansion coefficient

Alpha Verónica Pernía Espinoza, Francisco Javier Martínez de Pisón Ascacíbar, Eduardo Martínez de Pisón Ascacibar, Julio Blanco Fernández

• español

  This article describes a new methodology to simulate the cooling process for an asymmetrical Ri60 grooved rail, designed for city tramways, in a more realistic manner than that conducted previously by other authors for long steel sections. The approach considers the phase transformation of the steel and the forced convection cooling. The process is modelled as an uncoupled thermo-mechanical problem. First, the rail’s temperature history is obtained from a computer fluid dynamic model and subsequently introduced in the finite element model, in order to model the stresses and displacements. This second stage involves the calculation of the thermal expansion coefficient, for each element and at each iteration. The calculation is made according to the continuous cooling transformation diagram. These results lead to the extremely reliable determination of residual stresses as proved by the comparison with experimental data obtained in the industrial plant. The methodology allows for an accurate study of two types of cooling strategies for the Ri60 and the selection of the more suitable one.

• English

  En este artículo se describe una nueva metodología para simular el proceso de enfriamiento de un rail asimétrico Ri60, diseñado para tranvías, de una forma mucho más realista que lo realizado hasta ahora para perfiles largos de acero. La propuesta considera los efectos de la transformación de fases del acero y el enfriamiento por convección forzada. El proceso es simulado como un proceso termo-mecánico desacoplado. Primero, las curvas de enfriamiento del rail son obtenidas a partir de un modelo basado en dinámica de fluidos computacional y posteriormente introducidas en el modelo de elementos finitos para calcular las tensiones y desplazamientos. En esta segunda fase se calcula, para cada elemento finito y en cada iteración, el coeficiente de dilatación térmica lineal según el diagrama de curvas de enfriamiento continuo. Estos resultados permiten determinar las tensiones residuales al final del proceso con muy buena fidelidad respecto a los datos experimentales obtenidos en la planta industrial. La metodología permite estudiar con precisión dos tipos de estrategias de enfriamiento del Ri60 y seleccionar la más conveniente.