Material assessment tool for railway crossing components

Titel in Übersetzung: Materialbewertungstool für Eisenbahnweichenkomponenten

Georg Schnalzger

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Eisenbahnweichen sind integraler Bestandteil eines Bahnnetzes. Sie verbinden Gleise und ermöglichen damit einen flexiblen Zugbetrieb. Wenn ein Zug die Weiche passiert, führen Übergänge im Schienenprofil, die Unterbrechung des Gleises im Herzstückbereich, Steifigkeitssprünge und Richtungsänderungen zu erhöhten dynamischen Kräften und Schlüpfen. Der einhergehende Anstieg der Kontaktbelastung führt zu höheren Versagensraten. Verschleiß und Rollkontaktermüdung (RCF) sind dabei die primären Schadensmechanismen. Zusätzlich beeinflussen die Dehnungsakkumulation und Geometrieänderung des Profils in Folge plastischer Verformung beide Mechanismen. Das erhöhte Ausfallrisiko führt zu erhöhten Kosten für Wartung und Austausch. Zum Erhalt der Verfügbarkeit und Sicherheit sowie der Kostenreduktion hat die Schadensvorhersage an Bedeutung gewonnen. In der vorliegenden Arbeit wird eine neue softwaregestützte Bewertungsmethodik zur Vorhersage von Verschleiß und RCF in Weichen vorgestellt. Die Methodik basiert auf der Kontaktebene, um den Übergang von globalen Modellen zu lokalen Schädigungsmodellen zu schaffen. Die Software kann Belastungsdaten aus numerischen Simulationen, Anwenderdaten oder Messungen verarbeiten. Die implementierten Schädigungsmodelle umfassen derzeit die Standardansätze zur Verschleiß und RCF Vorhersage aus der Literatur sowie eine erweiterte Rissanwendung. Letztere verwendet ein fortschrittliches Rissmodell zur Vorhersage von oberflächeninitiierten Rissen, wie Head Checks. Da die numerischen Vorhersagen stark von der Qualität der Materialdaten abhängen, werden für die untersuchten Schienengüten Verschleißtests auf einem Twin-Disc Prüfstand durchgeführt. Zudem wird ein neues Mode-II Ermüdungsrissexperiment und eine Methode zur Herstellung von hochverformten Rohrproben basierend auf einer Hochdruckverformung (HPT) vorgestellt. Mit diesem Versuchsaufbau kann der Risswiderstand unter Mode-II Belastung in hochverformtem Material bestimmt werden. Diese Ergebnisse werden beispielsweise in der Rissapplikation eingesetzt, um Mixed-Mode Rissausbreitung zu berücksichtigen. Die vorliegende Arbeit wendet die Bewertungsmethodik in Kombination mit fortschrittlichen numerischen Finite Elemente Simulationen an. Zunächst wird das Verschleiß und RCF Verhalten eines Manganweichenherzes, einschließlich der Verifizierung und Validierung der Modelle mit Hilfe von Literatur- und Messdaten bewertet. Ebenfalls ist der Vergleich verschiedener Zungenschienenmaterialien Teil der vorliegenden Arbeit. Schließlich werden verschiedene Materialkonzepte für das Herzstück hinsichtlich deren Schädigungsverhalten verglichen. Diese Fallstudien belegen, dass die vorgeschlagene Softwarelösung in Zukunft ein nützliches Hilfsmittel darstellt, um Schädigung in Eisenbahnkomponenten vorherzusagen.
Titel in ÜbersetzungMaterialbewertungstool für Eisenbahnweichenkomponenten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Antretter, Thomas, Betreuer (intern)
  • Lewis, Roger, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Gänser, Hans-Peter, Mitbetreuer (extern)
  • Pippan, Reinhard, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 10-10-2027

Schlagwörter

  • Rad-Schiene Kontakt
  • Verschleiß
  • Rollkontaktermüdung
  • Finite Elemente Methode
  • Eisenbahnweichen und Kreuzungen
  • Ermüdungsrisswachstum
  • Hochdruckverformung

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