Per Finite-Elemente-Methode (FEM-Programm Ansys) wurden Spannungszustände im Kontaktgebiet und im Kontinuum von Rad (Profil S1002, Stahl R7) und Schiene (Profil 60E2, Stahl R260) im geraden Gleis rechnerisch ermittelt. Es wurde mit einem linearen Materialmodell gearbeitet; im Kontaktbereich Rad-Schiene wurde der Augmented-Langrange-Algorithmues benutzt. Zunächst wurden auf ideal glatter Schiene Berechnungen für reines Rollen durchgeführt. Bei einer Radlast von 90 kN liegen die Vergleichspannungen zwischen 330 MPa bei einem Versatz (Abstand der Symmetrieline der Schiene zum Messkreis des Rades) von - 1,5 mm und 530 MPa bei einem Versatz von + 7,5 mm. Später wurde der Lastfall zusätzlich um ein quasistatisches Antriebsmoment erweitert. Die maximalen Vergleichsspannungen nehmen mit dem Antriebsmoment zu. Bei 100 kN Radlast betragen sie bei 200 N Antriebsmoment 680 MPa, bei 9000 Nm 700 MPa (Kraftschlussbeiwert 0,25). Das Gebiet der maximalen Vergleichsspannung wandert mit zunehmendem Antriebsmoment in Richtung Oberfläche. Es wird eine empirische Gleichung vorgestellt, die es ermöglicht, die maximale Flächenpressung in Abhängigkeit von der Radlast und der Querverschiebung des Rades zur Schiene für das reine Rollen im geraden Gleis in guter Näherung zu bestimmen. Die Berechnungen zeigen, dass mit modernen Simulationswerkzeugen und stetig wachsender Rechenleistung an einer normal ausgestatteten Windows-Workstation sehr genaue Ergebnisse ermittelt werden können. Aus der Höhe der ermittelten Spannungen lässt sich folgern, dass für weitergehende Untersuchungen ein elasto-plastisches Materialmodell implementiert werden sollte. Zur Verifizierung der für die Finite-Elemente-Simulation angenommenen Randbedingungen, ist eine Überprüfung der Ergebnisse im Experiment notwendig. Ein entsprechender Prüfstand wird momentan aufgebaut.
Untersuchungen zur Beanspruchung von Rad und Schiene
Research into loads on wheel and rail
Der Eisenbahningenieur ; 60 , 12 ; 12-18
2009
7 Seiten, 14 Bilder, 9 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Deutsch
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