Die Struktur eines Schienenfahrzeugs wird durch eine Vielzahl von Lasten beansprucht. Für die Auslegung des Wagenkastens sind Regelwerke verfügbar, in denen die Lasten beschrieben sind. Bei einer Fahrzeugzulassung werden Festigkeitsnachweise gefordert, die üblicherweise den Forderungen der Regelwerke entsprechen bzw. in Lastheften vom Betreiber gefordert sind. Hierbei wird häufig auch der Nachweis ausreichender Festigkeit aufgrund von aerodynamischen Lasten verlangt. Die Regelwerke, die bei der Dimensionierung eines Wagenkastens maßgeblich sind, werden kurz vorgestellt. Auf die erforderlichen rechnerischen und versuchstechnischen Nachweise wird dabei eingegangen. Insbesondere werden der Aufbau geeigneter Berechnungsmodelle und die geforderten rechnerischen Nachweise für aerodynamische Lasten beschrieben. Die Wirkung aerodynamischer Lasten auf die Wagenkastenstruktur wird beispielhaft aufgezeigt. Es werden typische durch aerodynamische Lasten hochbeanspruchte Bereiche diskutiert. Die Problematik der Dauerfestigkeit der Fahrzeugstruktur und der Einfluss aerodynamische Belastungen werden kurz beschrieben. Aus den bisherigen wenigen Untersuchungen zeigt sich, dass in den meisten Fällen die Maximaldrücke, d.h. die außergewöhnlichen und nicht die betrieblichen Drucklasten dimensionierend für die Wagenkastenstruktur sind. Dies gilt insbesondere für Wagenkästen in Aluminium- Strangpressbauweise, da diese unempfindlicher gegenüber Drucklasten sind. Die betrieblichen Lasten können jedoch dimensionierend wirken, wenn ein Betrieb mit vielen Tunnelfahrten und Zugbegegnungen bei hohen Geschwindigkeiten zu erwarten ist. Werden also Fahrzeuge auf Hochgeschwindigkeitsstrecken mit hohem Tunnelanteil betrieben und sind zudem in konventioneller Bauweise (Differentialbauweise) gefertigt, steigt die Auslastungsgrad des Werkstoffs und die betrieblichen aerodynamischen Lasten werden festigkeitsrelevant. Eine rechnerische Untersuchung der Wirkung von maximalen und betrieblichen Drucklasten muss daher bereits in der Entwurfsphase des Wagenkastens berücksichtigt werden und sollte integraler Bestandteil eines Festigkeitsnachweises sein.
Strukturmechanische Ertragbarkeit aerodynamischer Lasten: Regelwerke, Berechnungsmethoden, Beanspruchungen der Wagenkastenstruktur
Aerodynamische Anforderungen an Schienenfahrzeuge und Nachweisführung, Bahn-Aerodynamik 2010, 2010 ; 169-178
2010
10 Seiten, 9 Bilder, 5 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
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