Effects of gyroscopic moments on the dynamic of high speed trains in earthquake-like scenario

This paper investigates the influence of the gyroscopic moments on the dynamics of high-speed rail vehicles during earthquake-like conditions that produce rail movement. The model used is a suspended-wheelset, that is composed by a frame, a wheelset and the two rail of a tangent track. The seismic loads are taken from real californian earthquakes. Spline functions are created from the original data for the vibrations in the vertical and lateral directions (with respect to the track direction. For the vertical vibration of the two rails a time delay is introduced, to better simulate the, although very high, finite velocity of seismic waves. The longitudinal vibration is not considered. In case of an earthquake, the gyroscopic moments acting on the wheelset are shown to be significant on the dynamic of the system. This paper sheds light on the risk of using derailment criteria not based on the equations of motion (that therefore do not consider the gyroscopic moments) for high-speed trains under seismic load.

In questo lavoro si approfondisce l’influenza dei momenti giroscopici sulla dinamica dei veicoli ferroviari ad alta velocità durante condizioni di terremoto che causano il movimento delle rotaie. Il modello usato è un carrello, che è composto da un telaio, una sala e due rotaie di un binario rettilineo. I carichi sismici sono presi da reali terremoti della California. Funzioni spline sono create a partire dai dati originali delle vibrazioni in direzione verticale e laterale (rispetto alla direzione del binario). Per meglio simulare la, sebbene molto elevata, finita velocità delle onde sismiche, è introdotto un ritardo temporale nella vibrazione verticale tra le due rotaie. La vibrazione longitudinale non viene considerata. Viene mostrato come, in caso di terremoto, i momenti giroscopici agenti sulla sala siano rilevanti per quanto riguarda la dinamica del sistema. Questo lavoro mette in luce il rischio di usare criteri di deragliamento non basati sulle equazioni di moto (che quindi non tengono in conto per esempio i momenti giroscopici) in caso di treni ad alta velocità sottoposti a carichi sismici.