Grundlage für die Berechenbarkeit von Rollkontaktproblemen (Rad-Schiene-Kontakt, Reifen-Straße-Kontakt) mit der Finiten Element Methode ist eine geeignete relativkinematische Beschreibung. Dafür wird eine gemischte Euler-Lagrangesche Betrachtungsweise eingeführt. Diese entspricht der Modellvorstellung eines auf der Achse des Rades mitfahrenden Beobachters, im Gegensatz zu einem mitrotierenden Beobachter der klassischen Lagrangeschen Betrachtungsweise. Wesentlicher Vorteil dieser Beschreibung ist, daß ein stationär rollendes Rad wie ein statisches Problem behandelt werden kann, es ist also keine numerisch aufwendige Zeitschrittintegration erforderlich. Auch bezüglich der Diskretisierung liefert diese Methode deutliche Vorteile. Die Simulationsergebnisse eines schnell rollenden PKW-Reifens mit und ohne Schlupf unterstreichen diese Theorie. Kernproblem jeder Kontaktanalyse ist die Berechnung der Kontaktspannungsverteilung in einem Gebiet, das a priori nicht bekannt ist. Die Bestimmung des Kontaktrandes und der Grenzen zwischen lokalen Haft- und Gleitbereichen ist also ein wichtiger Teilaspekt. Um diese Grenzen im Rahmen eines Diskretisierungsverfahrens mit hoher Genauigkeit aufspüren zu können, werden adaptive Verfahren eingesetzt. Grundlage ist dabei ein neuer Fehlerschätzer, der gezielt die lokale Verfeinerung des FE-Netzes im Kontaktbereich ermöglicht. Im Hinblick auf die eisenbahntechnische Anwendung muß die Verformbarkeit beider Kontaktpartner, der elastisch-elastische Kontakt zwischen rollendem Rad und Schiene, in die Betrachtungen mit einbezogen werden. Dazu wurden Kontaktgesetze auf der Grundlage einer mikroskopischen Betrachtung der Oberflächen erarbeitet und in das FE-Programm implementiert. Diese Formulierung liefert neben numerischen Vorteilen eine realitätsnahe Beschreibung des Normalkontaktes und der Reibung metallischer Oberflächen. Mit der aufgezeigten Methode soll im Rahmen eines Forschungsprogramms die Schädigungsmechanismen beim Rad-Schiene-Kontakt untersucht werden.
Zur genauen Berechnung von Rollkontaktproblemen mittels adaptiver Finite Element Methoden
1996
11 Seiten
Conference paper
German
Rollkontakt , Eisenbahnrad , Eisenbahnschiene , Fahrzeugrad , Fahrbahn , Finite-Elemente-Methode , Euler-Gleichung , Lagrange-Funktion , Schlupf (Zugbeanspruchung) , Kinematik , mathematisches Modell , Spannungsverteilung , Kontaktfläche , Haftreibung , Gleitreibung , Verformbarkeit , Oberflächeneigenschaft , Forschungsprojekt , Schadenursachenforschung
Methoden zur genauen Indizierung von Verbrennungsmotoren
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