Zur Dämpfung der Normalkraftschwankungen zwischen Rad und Schiene auf Hochgeschwindigkeitsstrecken werden Zwischenlagen aus Gummimaterial oder Elastomer eingesetzt, für die die bei der Simulation zugrundezulegenden Materialkonstanten jedoch nicht bekannt sind. Deshalb wurden für die Zwischenlage ZW 700 quasistatische und dynamische Laborversuche zur Ermittlung der Dämpfungs- und Steifigkeitsparameter durchgeführt. Als Maß für die Steifigkeit nichtlinearer Werkstoffe dient bei quasistatischer Belastung die Sekanten- und Tangentensteifigkeit, als welche die Steigung der Sekanten der Kraft-Weg-Kurve zwischen zwei gewählten Punkten bzw. die Steigung der Tangenten an der Kraft-Weg-Kurve bezeichnet wird. Die dynamischen Belastungs- und Wegverläufe entsprechen nach der Fourieranalyse und der Vernachlässigung von Fouriertermen höherer Ordnung dem von Sinusschwingungen. Die dynamische Steifigkeit wird definiert als Quotient aus der Last- und der Wegamplitude; der Tangens des Phasenwinkels zwischen Last- und Wegverlauf wird als Verlustfaktor bezeichnet. Beide Größen lassen sich als komplexe Zahl zusammenfassen, mit der dynamischen Steifigkeit als Absolutbetrag und dem Phasenwinkel als Argument. Auf diese Weise erhält man die komplexe Steifigkeit, deren Realteil die einer Federsteifigkeit (äquivalente dynamische Steifigkeit) und deren Imaginärteil einer Dämpfungskonstante entspricht. Bei den quasistatischen und niederfrequenten Laborversuchen wurde die Zwischenlage zwischen zwei Metallplatten eingespannt und die eingeleitete Kraft mittels einer Kraftmessdose, der Weg mittels zweier induktiver Wegaufnehmer gemessen. Für den mittel- und hochfrequenten Bereich wurde eine indirekte Meßmethode mit einem Drei-Massen-Schwinger verwendet. Dabei wird zunächst über einen Rahmen eine Vorlast und mittels eines Shakers anschließend eine harmonische Lastschwankung aufgebracht. Die quasistatischen Versuche zeigen ein hyperelastisches Materialverhalten, das beispielsweise durch das Odgen-Modell beschrieben werden kann. Die dabei beobachtete, von der Belastungsgeschwindigkeit weitgehend unabhängige Hysterese ist auf viskoplastisches Materialverhalten zurückzuführen. Die Tatsache, daß der Imaginärteil der komplexen Steifigkeit mit zunehmender Wechsellastfrequenz stärker ansteigt als der Realteil, spricht für ein nicht viskoses Materialverhalten, das realitätsnäher als Strukturdämpfung mit einem zur Steifigkeit proportionalen Dämpfungsglied zu modellieren ist. Die starke Vorlastabhängigkeit der komplexen Steifigkeit ist ebenfalls Ausdruck des nichtlinearen Verhaltens. Für Rechnungen im Frequenzbereich ist eine lineare Modellierung der Zwischenlage ausreichend, da die hier untersuchte Zwischenlage bezüglich ihrer komplexen Steifigkeit bis 100 Hz nur schwach frequenzabhängig ist. Bei der Modellierung für den Zeitbereich wird dem nichtlinearen Verhalten durch Verwendung eines nichtlinearen Last-Verformungs-Diagramms Rechnung getragen, das dem aufsteigenden Ast der Hysteresekurve entspricht. Parallel zu diese nichtlinearen Feder wird ein viskoser Dämpfer mit einer aus dem Imaginärteil der komplexen Steifigkeit abgeleiteten Dämpfungskonstante angeordnet; ihre Abhängigkeit von Frequenz und Vorlast läßt sich nur näherungsweise berücksichtigen (z.B. durch einen Mittelwert).


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    Titel :

    Statische und dynamische Eigenschaften von Gummi-Zwischenlagen für Eisenbahnschienen


    Weitere Titelangaben:

    Static and dynamic properties of rubber rail pads


    Beteiligte:
    Knothe, K. (Autor:in) / Yu, M. (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2001


    Format / Umfang :

    13 Seiten, 14 Bilder, 3 Tabellen, 21 Quellen




    Medientyp :

    Aufsatz (Zeitschrift)


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch