Damage in Railway Crossings - Numerical Models

Titel in Übersetzung: Numerische Modelle für Schädigung in Herzstücken von Weichen

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Schädigung in Schienen und Weichen ist einer der Hauptverursacher für Wartungsarbeiten wie Schienenschleifen und Austausch von Schienen im Gleis. In den Kontaktflächen zwischen Rad und Schiene wirken hohe Lasten, die zu einer Schädigung in Form von Verschleiß und Rissbildung führen. Im Bereich der Herzstücke von Weichen wechselt das Rad seinen Lauf von einer Schiene auf eine andere. Dabei muss es sich aus geometrischen Gründen und abhängig von der Bauart der Weiche nach unten und oben bewegen, was in einem vertikalen Stoß resultiert. Da das Rad eine konische Lauffläche besitzt und sich die Kontaktpositionen am Rad während diesem Überlauf ändern, kommt es dabei auch zu Schlupf. Dieser Stoß führt somit zu hohen Kontaktdrücken und hohem Schlupf, die durch Parameter wie die Zuggeschwindigkeit, das Radprofil, die Achslast und die Lagerung der Weiche bestimmt werden. In dieser Arbeit wurden dynamische und quasistatische finite Elemente Modelle für den Herzstücküberlauf entwickelt. Drei Modelle berechnen die Schädigung in Herzstücken: Ein globales dynamisches Modell mit einem Radlauf über drei Meter des Herzstücks, ein dynamisches Modell für den wiederholten Stoß des Rads auf der Herzspitze und ein quaststatisches zweidimensionales Modell mit einem Oberflächenriss. Die Belastungen werden zwischen den einzelnen Modellen übertragen. Es zeigt sich, dass es drei wichtige Mechanismen gibt, die für Schädigung in Herzstücken verantwortlich sind: a) Der dynamische Stoß des Rads beim Aufsetzen, bei dem die Geometrie von Rad und Herzstück, Zuggeschwindigkeit und Lagerung des Herzstücks eine wichtige Rolle spielen, b) die geometrische Anpassung der Herzspitze (durch plastische Verformung) an das Radprofil und c) der Aufbau von Eigenspannungen nahe der Herzstückoberfläche. Die plastische Anpassung des Herzstücks und die Eigenspannungen reduzieren im Allgemeinen die Belastung eines Risses im Kontaktbereich, wobei das plastische Materialverhalten des Herzstücks dabei eine entscheidende Rolle spielt. Das Verständnis dieser Belastungsmechanismen erlaubt Vorhersagen über den Einfluss des Materials, der Lagerung und der Geometrie von Herzstücken. Damit können in weiterer Folge Herzstücke optimiert werden.
Titel in ÜbersetzungNumerische Modelle für Schädigung in Herzstücken von Weichen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Antretter, Thomas, Beurteiler A (intern)
  • Pippan, Reinhard, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2012

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Rollkontakt
  • Herzstücke
  • Stoß
  • Schädigung
  • Verschleiß

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