Optimización topológica en múltiples etapas para el rediseño estructural de marcos de bogies motrices ferroviarios

Este estudio presenta un flujo de trabajo integral de optimización estructural para un marco de bogie motriz ferroviario, con el objetivo de desarrollar un diseño innovador y ligero que cumpla con las normas europeas de referencia. La metodología integra un proceso de optimización topológica en dos etapas, apoyado por una extensa campaña de simulación numérica y un análisis de sensibilidad dedicado para identificar los escenarios de carga más críticos. En la primera etapa de optimización, una evaluación global del rendimiento del marco reveló que aumentar el número de parámetros de optimización conduce a un aumento de aproximadamente el 50 % en las iteraciones del solucionador. Las restricciones de simetría demostraron ser esenciales para simplificar tanto la optimización como la posterior reconstrucción geométrica. La dimensión mínima factible de las características afectó fuertemente la solución final, modificando la distribución del material y permitiendo una reducción de masa de alrededor del 18 %. La segunda etapa de optimización, centrada en las vigas transversales, resaltó la relevancia de las restricciones de fabricación para guiar al solucionador hacia configuraciones prácticas. Las evaluaciones estáticas y de fatiga confirmaron distribuciones de esfuerzos consistentes con el marco original, proporcionando a los diseñadores una base confiable para futuras mejoras materiales. Finalmente, el análisis dinámico mostró una primera frecuencia natural por encima de 60 Hz, con variaciones en el primer valor propio dentro del 1 % y preservación de la forma del modo flexural local, asegurando plena compatibilidad con las interfaces del marco original y permitiendo un reemplazo sin inconvenientes con la configuración optimizada.