Sloshing effects and running safety in railway freight vehicles

This thesis analyses the effects of a partial liquid load on the dynamics of a freight train: motion of the liquid, excited by the tank motion is referred to as sloshing. While this phenomenon was proven to have an important influence on road vehicles, no detailed research has been developed for railway vehicles, even if an accident may have a very large impact, especially if hazardous liquids are transported. A CFD model is developed in order to understand the motion of a liquid inside a tank, subject to an imposed motion and acceleration field. Then, based on the CFD simulations, an equivalent mechanical model is identified in order to have a simplified representation of the sloshing liquid; such model is then imported in a multi-body model of the freight wagon. ADTreS, a multi-body code developed by the Department of Mechanical Engineering at Politecnico di Milano, is used to simulate the dynamics of a railway tank with partial lling for a variety of tracks, train speeds and fill levels. In conclusion, derailment and rollover risks are evaluated and, in particular, the most critical conditions for running safety are defined. Results show that, if sloshing is neglected, a significant error affects the evaluation of the rollover risk.

Questo lavoro di Tesi analizza gli effetti di un carico parziale di liquido sulla dinamica di un treno merci: il moto del liquido, forzato dal moto della cisterna viene detto sloshing. Mentre è stato provato che questo fenomeno ha un'importante influenza sui veicoli stradali, nessuna ricerca dettagliata è stata ad oggi sviluppata per veicoli ferroviari, anche se un eventuale incidente può causare ingenti danni, soprattutto se un liquido pericoloso (e.g. infiammabile) è trasportato. Un'analisi CFD viene sviluppata per comprendere il moto di liquido all'interno della cisterna, soggetta a un moto imposto e conseguentemente a un campo di accelerazione laterale. Quindi, basandosi su queste simulazioni, un modello meccanico equivalente è sviluppato per avere una rappresentazione semplificata del liquido; tale modello è importato in un modello multi-body del treno merci. ADTreS, codice multi-body sviluppato dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica del Politecnico di Milano, viene utilizzato per analizzare il comportamento dinamico del veicolo per diversi tracciati, velocit a di percorrenza e livelli di riempimento. In conclusione, i rischi di deragliamento e ribaltamento vengono valutati e, in particolare, e possibile de nire le condizioni più critiche per la sicurezza di marcia. I risultati mostrano che, se lo sloshing viene trascurato, si può avere una significativa sottostima del rischio di ribaltamento.