Eine ursprünglich für einen Luftreifen entwickelte instationäre Rolltheorie wurde auf den Kontakt von Rad und Schiene angewendet, wobei dem Unterschied zwischen instationären Modellen 1. Ordnung und instationären Modellen höherer Ordnung besondere Aufmerksamkeit zuteil wurde. Alle Radmodelle werden in ihrer Wechselwirkung mit der Gesamtdynamik einer torsionselastischen Radsatzwelle untersucht. Die vorgestellten Radmodelle, die ursprünglich für Gürtelreifen formuliert waren, konnten an die Schlupfsteifigkeiten einer analytischen Lösung des Kontaktes von Rad und Schiene angepaßt werden. Damit kann man dann alle Effekte des Kontaktes von Rad und Schiene darstellen. Die Berechnung von Kraft/Schlupf-Kennlinien mit jedem Radmodell zeigte ohne die Zeitintegration wesentliche Eigenschaften der einzelnen Modelle. Hierzu gehörte die Fähigkeit der Modelle, die Coulomb'sche Reibung im Fall unterschiedlicher Haft- und Gleitreibungskoeffizienten darzustellen. Nach diesem Kriterium sind Modelle zu bewerten. Die vorgenommene Diskretisierung der Kontaktfläche bot auch die Möglichkeit, die Auswirkungen der kontinuierlichen Reibwertfunktion zu berechnen und mit dem Ergebnis eines Experimentes zu vergleichen. Alle Modelle konnten durch geeignete Fahrmanöver den Übergang auf das Modell der nächst niedrigeren Ordnung darstellen. Die Zeitintegration für das instationäre Modell höherer Ordnung zeigte in der Kurzzeitdynamik keine großen Unterschiede zum stationären Modell. Die tieffrequentierten Bewegungen wiesen dagegen größere Veränderungen auf. Das bedeutet, daß das Modell in allen Verschleißuntersuchungen eine Verbesserung darstellt, da das Rad langsamer vom Spurkranz weggeführt wird als bei Verwendung eines stationären Modells, auch wenn innerhalb der Kontaktfläche keine instationären Effekte auftreten. Das wichtigste Ergebnis ist, daß die auf dem Starrkörperschlupf basierenden Modelle zwar einfach zu berechnen sind; aber die Kopplung der Radführgrößen an die Starrkörpergeschwindigkeiten für die Numerik der Zeitintegration von Nachteil ist.
Zur Anwendung stationärer und instationärer Kontaktmodelle in der Schienenfahrzeugdynamik
1994
143 Seiten, 90 Bilder, Tabellen, 40 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch