Für ein Eisenbahn-Vollrad aus bainitischem Gusseisen (ADI) wurden numerische Finite-Elemente-Berechnungen zur Analyse des Beanspruchungszustandes durchgeführt, um Aussagen über die Bruchsicherheit und Lebensdauer bei statischen und zyklischen Belastungen zu erhalten. Die Bewertung der Bruchgefährdung des ADI-Rades gegenüber Gewaltbruch und Ermüdungsrisswachstum wurde mit einer linear-elastischen bruchmechanischen Analyse für hypothetische rißartige Fehler durchgeführt. Für diese postulierten Risse wurden die Spannungsintensitätsfaktoren anhand der zuvor mit FEM berechneten Spannungsverteilungen am Rissort bestimmt, wobei von bekannten Lösungen aus der Literatur für vergleichbare Risskonfigurationen ausgegangen wurde. In analoger Weise wurde die Schwingbreite des Spannungsintensitätsfaktors berechnet. Weiterhin wurden die Geschwindigkeit des Ermüdungsrisswachstums und die Zahl der ertragbaren Lastzyklen bis zum Bruch abgeschätzt. Als weitere Sicherheitsreserven können die plastische Verformung des ADI-Werkstoffs und seine duktilen Brucheigenschaften, repräsentiert durch die statische Risswiderstandskurve, betrachtet werden. Aus den berechneten bruchmechanisch relevanten Risslängen kann im Zusammenhang mit wiederkehrenden betrieblichen Überwachungsmaßnahmen und Sicherheitskonzepten eine zulässige Rissgröße abgeleitet werden. Die hier ermittelten kritischen Rissgrößen können mittels zerstörungsfreier Prüfverfahren sicher und zuverlässig diagnostiziert werden.
Anwendung bruchmechanischer Bewertungskonzepte bei der Entwicklung von Eisenbahnrädern aus bainitischem Gußeisen
Konstruieren und Giessen ; 27 , 4 ; 27-32
2002
6 Seiten, 9 Bilder, 6 Tabellen, 8 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Deutsch
Eisenbahnrad , bainitisches Gusseisen , mechanische Beanspruchung , Finite-Elemente-Methode , Bruchmechanik , Lebensdauer , statische Belastung , zyklische Belastung , Gewaltbruch , Ermüdungsriss , Rissausbreitung , mechanische Spannungsverteilung , Spannungsintensitätsfaktor , Risswiderstand , zerstörungsfreie Prüfung , Gusseisen mit Kugelgraphit , bainitisch-austenitisches Gusseisen , Gebrauchseignung