Gummigefederte Bahnräder bestehen aus einem Radreifen, einer bestimmten Anzahl von Gummikörpern und einer zweigeteilten Felge, die sich aus einer Radscheibe und einem Felgenring zusammensetzt. Zwischen dem Radreifen und der Felge befindet sich eine ringförmige Aussparung in die in gleichmäßigen Abständen die Gummikörper eingelegt werden. Die Aussparung ist seitlich sowohl auf der Bohrungsfläche des Radreifens als auch auf dem äußeren Umfang der Felge mit Stegen versehen, an denen sich die Gummikörper abstützen. Sie stellen sicherheitsrelevante Bauteile dar, die bei jeder Radumdrehung einer zyklischen Belastung unterliegen und deshalb genau analysiert werden müssen, um ein Ermüdungsversagen während des Betriebs zu vermeiden. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde eine Vorgehensweise auf der Basis der FE-Methode entwickelt und durch den Vergleich mit den Ergebnissen experimenteller Spannungsanalysen verifiziert, mit der die Beanspruchungen im gesamten Rad und insbesondere auch im Radreifen zuverlässig berechnet werden können. Es zeigt sich, dass die dreidimensionalen Finite-Elemente-Analysen bei der Ermittlung der maximalen Spannungen den DMS-Messungen gleichwertig, bei der Bestimmung der komplexen Spannungsverläufe in der Radstruktur sogar überlegen sind. Die einzelnen Bauteile des Rades werden als separate FE-Netze erstellt. Der Zusammenhang zwischen den Bauteilen wird mit Kontaktrandbedingungen beschrieben. Bei der FE-Analyse wird zunächst die Montage des Rades simuliert und man erhält den Montagespannungszustand, der den Ausgangszustand für die Lastfallsimulationen darstellt. In der Regel werden die Lastfälle Geradeausfahrt, Bogenfahrt und Weichenfahrt analysiert. Die Ergebnisse der Analyse sind die Spannungsverteilungen im Rad, die Spannungsverläufe auf dem Umfang des Rades insbesondere des Radreifens, die für die Dauerfestigkeitsnachweise erforderlichen Amplituden, Mittelwerte und R-Verhältnisse einzelner Spannungskomponenten bei einer Radumdrehung sowie die Verformung der Radstruktur, wobei besonders die Gummiverformung bei den unterschiedlichen Lastfällen von Interesse ist.
3D-Finite-Elemente-Spannungsanalysen für gummigefederte Räder
2005
3 Seiten, 4 Bilder, 1 Quelle
Conference paper
German
3D-Finite-Elemente-Spannungsanalysen für gummigefederte Räder
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