Studio di tecniche numeriche per la simulazione della frenatura pneumatica di convogli ferroviari = Investigation of numerical methods for simulating the pneumatic braking of railway convoys

La tesi ha come obiettivo quello di studiare e modellare il comportamento del sistema di frenatura pneumatica nei convogli ferroviari, concentrandosi in particolare sui freni automatici ad una condotta per treni merci, secondo lo standard UIC. Dopo una panoramica storica e tecnica sui principali sistemi frenanti ferroviari, viene analizzata in dettaglio l’architettura dell’impianto pneumatico, mettendo a confronto le configurazioni UIC e AAR. Successivamente, viene presentata un'analisi approfondita dello stato dell'arte dei modelli numerici di impianti pneumatici esistenti, mantenendo il paragone tra i due standard sopracitati. Infine, viene sviluppato un nuovo modello numerico della condotta generale, basato sull'analogia coi circuiti elettrici. Nello specifico, sono state sviluppate due versioni differenti, che utilizzano un diverso parametro per la resistenza; entrambe consentono di risolvere le equazioni differenziali che descrivono la fluidodinamica dell'aria. In relazione a quello, sono stati sviluppati sottomodelli di alcune componenti chiave dell'impianto, ossia dei distributori e dei cilindri freno. Il modello, compreso delle sue sottoparti, è stato implementato in ambiente MATLAB®. I risultati delle simulazioni, ottenuti su un convoglio merci di riferimento, evidenziano il comportamento del sistema in differenti scenari di frenatura e sfrenatura, mettendone in luce i limiti e le criticità legate alla lunghezza del treno e all’assenza di alimentazione elettrica. Inoltre, viene presentata un'analisi della convergenza del modello, per provarne la sua stabilità. La validazione - svolta parallelamente ad un'analisi parametrica ed effettuata con dati sperimentali presenti in letteratura - ha consentito di correggere e perfezionare il modello stesso.