Numerical and experimental analysis of the railway structures' dynamic behaviour and strain detection on a high-speed track

One of the main parts of a railway system is represented by the track, which has the purpose to allow the transit of the trains along it safely. The passage of the trains along the track should be smooth not to cause vibrations and noise that can cause discomfort to the people or damages to the transported goods and to the buildings in the neighbourhood of the railways. One of the causes that can provoke these issues is the rail corrugation, which can induce dynamic forces between the train and the track. The only effective treatment against the corrugation, to restore the original rail condition, is the grinding operation. In order to schedule these expensive maintenance operations, it was decided to develop two diagnostic trains with the purpose to identify the corrugation state of the Milan subway rails, directly during the service of the vehicles. The objective of this thesis is the study of different railways structures behaviour belonging to the Milan subway, in order to allow, in the future, an improvement in the correlation between the accelerations measured during the service of diagnostic trains and the rail corrugation conditions. In view of possible future developments, also the response of a high-speed track is examined, comprising an analysis of the strains coming from FBG sensors. Finally, preliminary tests on the diagnostic trains were conducted during the thesis development.

Una delle parti principali di un sistema ferroviario è la rotaia, la quale deve consentire il transito dei treni in modo sicuro. Il passaggio dei treni sulla rotaia deve essere regolare, in modo tale da non creare vibrazioni e rumore che possano causare problemi di confort ai passeggeri o danni alle merci e agli edifici nei pressi della linea ferroviaria. Una delle cause che potrebbe provocare questi problemi è la marezzatura del binario, la quale può indurre delle forze tra la ruota e la rotaia, durante il passaggio dei treni. L’unico trattamento efficacie contro la marezzatura è ristabilire il profilo originario del binario attraverso l’operazione di molatura. Per ottimizzare i costosi interventi di molatura, è stato deciso di utilizzare due treni diagnostici con lo scopo di identificare lo stato di marezzatura dei binari della metropolitana Milanese, durante il servizio ordinario dei veicoli. L’obiettivo del lavoro di tesi è lo studio del comportamento dinamico dei diversi armamenti ferroviari della metropolitana Milanese, in modo tale da consentire future migliorie nella correlazione tra le accelerazioni misurate dai treni diagnostici e lo stato di marezzatura delle rotaie. In prospettiva di sviluppi futuri, è stata esaminata la risposta dinamica di una tratta adibita al transito dei treni ad alta velocità. Inoltre, su tale tratta sono stati installati dei sensori FBG e le deformazioni misurate durante il passaggio dei treni sono state analizzate. Durante lo svolgimento della tesi, sono stati eseguiti dei test preliminari sui treni diagnostici.