Process Models for the Manufacturing of Railway Components

Titel in Übersetzung: Prozessmodelle für die Herstellung von Eisenbahnkomponenten

Jakob Bialowas

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Da die Eisenbahnindustrie eine zentrale Rolle im weltweiten Transportwesen spielt, ist die Entwicklung effizienter und zuverlässiger Eisenbahnkomponenten erforderlich. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf der Optimierung der Herstellungsprozesse dieser Komponenten mit Hilfe von neu entwickelten Prozessmodellen. Diese Modelle ermöglichen es, die Zuverlässigkeit der Komponenten zu optimieren, die Sicherheit zu erhöhen und die Nachhaltigkeit in der Eisenbahnindustrie zu fördern. Die entwickelten Prozessmodelle helfen die im Betrieb auftretenden Bedingungen besser zu beurteilen. Weiters können die Herstellungsprozesse von Eisenbahnkomponenten durch die Anwendung komplexer Materialmodelle besser verstanden und optimiert werden. Durch die genaue Vorhersage von Eigenspannungen sowie der Spannungsumlagerung und der Bewertung beeinflussender Prozessparameter tragen diese Prozessmodelle dazu bei, Eisenbahnkomponenten laufend weiterzuentwickeln. In dieser Arbeit wird ein neues, innovatives Prozessmodell präsentiert, welches das Festwalzen von Radsatzwellen mittels der Finite Elemente Methode beschreibt. Dieses fortschrittliche Modell berücksichtigt dabei sowohl das zyklische Materialverhalten, als auch verschiedene Prozess- und Geometrieparameter, um die Eigenspannungsverteilung über den gesamten Querschnitt der Radsatzwelle präzise vorherzusagen. Durch die Einbeziehung und Kombination periodischer Randbedingungen wird eine erhebliche Reduzierung der Modellgröße und der Berechnungszeit erreicht, wobei die Integrität der Ergebnisse erhalten bleibt. Dabei liefert das Prozessmodell präzisere Vorhersagen des Eigenspannungszustands im Vergleich zu früheren Ansätzen. Darüber hinaus befasst sich diese Arbeit mit dem Wärmebehandlungsprozess von Eisenbahnrädern, wobei der Schwerpunkt auf dem Einfluss heterogen verteilter, fester Phasen von Stahl liegt. Zudem wird ein Materialmodell präsentiert, welches lokale Effekte während der Wärmebehandlung, einschließlich der Phasenumwandlungen und umwandlungsinduzierter Plastizität, berücksichtigt. Um das komplexe Materialverhalten in einem Finite Elemente Prozessmodell adäquat abzubilden, ist eine präzise Abstimmung zwischen den Experimenten, den mathematischen und physikalischen Modellen und dem Finite Elemente Modell des Prozesses selbst unerlässlich. Ein solches Materialmodell bietet umfassende Einblicke in das Verhalten des Eisenbahnstahls ER7, während das entwickelte Prozessmodell es ermöglicht, die Beanspruchungen des Eisenbahnrades unter verschiedenen und sich schnell ändernden Bedingungen zu verstehen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass diese Arbeit einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung der Herstellung von Eisenbahnkomponenten leistet. Die entwickelten Pro-zessmodelle ermöglichen tiefe Einblicke in das Eigenspannungsverhalten und nachfolgender Spannungsumlagerung in Eisenbahnkomponenten. Außerdem ebnen diese Modelle den Weg hinsichtlich der Optimierung der Herstellungsprozesse.
Titel in ÜbersetzungProzessmodelle für die Herstellung von Eisenbahnkomponenten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Pippan, Reinhard, Beurteiler A (intern)
  • Leitner, Martin, Beurteiler B (extern)
  • Stockinger, Martin, Mitbetreuer (intern)
  • Antretter, Thomas, Betreuer (intern)
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Finite Elemente Simulation
  • Wärmebehandlung
  • Festwalzen
  • Eigenspannungen

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