Modeling of Wheel-Rail/Crossing Interactions

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der numerischen Simulation des Rad-Schiene Kontaktes mittels der Methode der Finiten Elemente. Die Zielanwendung ist die Herzspitze einer Weiche. Es wird ein allgemeiner Ansatz zur Berechnung der Spannungen und Dehnungen in der Kontaktzone mit hohem Detaillierungsgrad entwickelt. Nachfolgende Analysen des Ermüdungsverhaltens werden ermöglicht durch die Verwendung von feinen Netzen. In der Modellierung werden globale und lokale Modellebene gekoppelt. Die komplexe dynamische Interaktion in Eisenbahnweichen erfordert ein Modell, das in der Lage ist, die Massenträgheiten ebenso zu berücksichtigen wie die detaillierte Herzstückgeometrie. Zur Berechnung der dynamischen Antwort des Systems im globalen Modell wird ABAQUS/Explicit verwendet. Es wird gezeigt, dass hierfür alternativ die Starrkörper Software GENSYS herangezogen werden kann. Verschiedene quasi-statische und statische Untermodelle werden in ABAQUS/Standard entwickelt, um den lokalen Belastungszustand in der Kontaktzone zu bestimmen. Kombinationen verschiedener Rollgeschwindigkeiten, Herzstückgeometrien und Materialien werden simuliert. Eine Gegenüberstellung mehrerer Berechnungsmethoden für Kontaktspannungen im Rad-Schiene Kontakt zeigt deren Anwendungsbereich. Zyklische Berechnungen demonstrieren das Verhalten von Herzstücken während wiederholter Überrollungen. Ein Schädigungsindikatorkonzept für duktile Materialien wird implementiert, um die Entstehung von Schädigung anzuzeigen.