Es konnte durch FE-Analysen gezeigt werden, dass die Kontaktflächenform und -große sowie die Spannungsverteilung innerhalb der Berührfläche sehr stark von der Rad/Schiene- Position und der Profilpaarung abhängt. Obwohl die Profilformen der Standardschienen (60E1 und 60E2) nur geringfügig voneinander abweichen, ergeben sich dennoch deutliche Unterschiede in den entsprechenden Spannungsverläufen. Es wurden Untersuchungsergebnisse zur Tiefenlage des Spannungsmaximums im Kontinuum von Rad und Schiene in Abhängigkeit verschiedener Parameter dargestellt. Variiert wurden unter anderem der Querversatz, die Radlast sowie der Raddurchmesser, Numerische Untersuchungen wurden auch im Hinblick auf überlagerte Tangentialkräfte, wie etwa durch Brems- oder Beschleunigungsvorgängen durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass für gängige Radlasten das Vergleichsspannungsmaximum nicht tiefer als 5 mm unterhalb der Oberfläche liegt. Es konnten empirische Formeln hergeleitet werden, die sowohl die maximalen Normalspannungen an der Oberfläche als auch die maximalen Vergleichsspannungen im Kontinuum in einen Zusammenhang mit der Radlast und dem Querversatz bringen. Für ähnliche Konfigurationen können damit die Spannungsverhältnisse an der Oberfläche und unterhalb der Laufflächen von Rad und Schiene für bestimmte Gültigkeitsbereiche auf einfache Weise abgeschätzt werden. Es wurde ein neuartiges unsymmetrisches Schienenkopfprofil (60NO) vorgeschlagen, bei welchem die Schwankungen des maximalen Kontaktdrucks in Abhängigkeit des Querversatzes deutlich geringer ausfallen als bei den beiden Standardschienenprofilen (60E1 und 60E2). Zusätzlich ergeben sich deutlich geringere Maximalspannungswerte, was vor allem für Rollkontaktermüdungsschäden vorteilhaft ist. Untersucht wurde auch der Einfluss eines elasto-plastischen Materialmodels auf die Ergebnisgroßen Die Materialdaten für die Schienen wurden in eigenen Werkstoffuntersuchungen ermittelt. Die Radkennwerte wurden der Literatur entnommen Die herstellungsbedingte Festigkeitsabnahme in Tiefenrichtung des Materials wurde ebenfalls berücksichtigt Hier konnten einzelne Tendenzen unter statischer Belastung aufgezeigt werden. In umfangreichen experimentellen Untersuchungen wurden an einem eigens für dieses Vorhaben entwickelten Rad/Schiene-Prüfstand die verschiedenen Kontaktflachenabmessungen in Abhängigkeit der Radlast, der Profilkombination und des Querversatzes ermittelt.
Numerische und experimentelle Untersuchung der Rad/Schiene-Interaktion unter Berücksichtigung mechanischer und thermomechanischer Effekte
Schriftenreihe KIMA ; 7 ; 1-189
2011
189 Seiten, Bilder, Tabellen, 195 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Schienenfahrzeug , Eisenbahnrad , Schiene (Eisenbahn) , Kontakt (Reibung) , mechanische Eigenschaft , thermische Eigenschaft , Berechnungsmodell , Finite-Elemente-Methode , Spannungsverlauf (mechanisch) , Parameterschätzung , Versatz (Verlagerung) , Radlast , Durchmesser , Beschleunigung , Profil (Kontur) , Rollkontakt , Kontaktermüdung