Nichtlineare Wechselwirkungen von Radsatz und Gleis beim Überrollen von Profilstörungen:
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| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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Autor: Ilias, Heike
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SCHRITT- m MM^M BERICHTEUajl Dipl.-Ing. Heike Ilias, Berlin Nichtlineare Wechselwirkungen von Radsatz und Gleis beim Überrollen von Profilstörungen Reihe 12 : Verkehrstechnik/ Fahrzeugtechnik Nr. 297 VW VERLAG
/jiiia/tsverzeiciinis V Inhalt s ver zeichnis Bezeichnungen VII 1 Einleitung 1 1.1 Stand der Forschung................................. 2 1.2 Ziel der eigenen Arbeit................................ 6 1.3 Gliederung der Arbeit ................................ 8 2 Allgemeine Definitionen und Voraussetzungen 10 2.1 Koordinatensysteme und Notationen ........................ 10 2.2 Nomenklatur ..................................... 12 2.3 Voraussetzungen und Annahmen .......................... 15 3 Das Modell des Gleises 19 3.1 Modellierung der Einzelkomponenten des Gleises.................. 20 3.1.1 Modellierung der Schiene........................... 20 3.1.2 Modellierung der Schwellen ......................... 20 3.1.3 Modellierung der Zwischenlage........................ 21 3.1.4 Modellierung des Schotters.......................... 22 3.2 Finit.e Elemente- Modellierung bezogen auf die Vertikal- und Longitudinaldynamik 23 3.2.1 Zum Prinzip der virtuellen Verrückungen bei bewegten Einzellasten ... 24 3.2.2 Modifiziertes FE-Verfahren für dynamische Probleme und bewegte Lasten 28 3.2.3 Residualverschiebungen der Subelemente-das Verfahren von MacNeal . 39 3.2.4 Mittelwertbildung der Tangentenneigung am Ort der Last ........ 43 3.2.5 Aufbau des Gesamtdifferentialgleichungssystems.............. 46 3.2.6 Belastungen der Schiene im Schienenschwerpunkt............. 48 3.3 Lateralmodell des Gleises............................... 50 3.3.1 Bewegungsgleichungen des Lateralmodells des Gleises........... 52 4 Das Modell des Rades 55 4.1 Bewegungsgleichungen des starren Rades...................... 55 4.2 Modale Bewegungsgleichungen des elastischen Rades im Kontaktpunkt..... 58 5 Kontaktvorgang 62 5.1 Verschiebungen und Geschwindigkeiten von Rad und Schiene im Kontaktpunkt . 62 5.1.1 Schienenseitige Verschiebungen und Geschwindigkeiten.......... 62 5.1.2 Radseitige Verschiebungen und Geschwindigkeiten............. 67 5.1.3 Elastische
Einsenkung im fiktiven Kontaktpunkt.............. 69 5.1.4 Schlüpfe im fiktiven Kontaktpunkt ..................... 69 5.2 Kontaktgeometrie................................... 71 5.2.1 Ermittlung der Berührpunktlage....................... 71 5.3 Kontaktmechanik................................... 80 5.3.1 Normalkontakt................................ 80 5.3.2 Tangentialkontakt............................... 87 5.4 Verschleißbererechnung................................ 91
VI In h a 1 ts verzeich n is 5.4.1 Reibleistung und Reibarbeitshypothese................... 92 5.4.2 Ermittlung des Verschleißwirkungspunktes................. 93 6 Numerische Vorgehensweise 98 6.1 Analytische Zeitschrittintegration der linearen Bewegungsgleichungen...... 98 6.2 Iterative Ermittlung der nichtlinearen Kontaktkräfte ...............109 7 Numerische Ergebnisse 115 7.1 Variation der Fahrgeschwindigkeit des Rades....................116 7.2 Variation der Wellenlänge der Profilstörung ....................127 7.2.1 Einfluß der Berührpunktverlagerung.....................129 7.2.2 Einfluß der Amplitude der Profilstörung..................134 7.3 Variation des Starrkörperschlupfes..........................136 7.4 Einfluß des elastischen Rades ............................139 7.5 Uberrollung eines gemessenen Profilschriebes....................140 8 Zusammenfassung und Ausblick 142 A Standard Eingabedaten 147 A.l Daten der Schiene...................................147 A.2 Daten der Schwelle..................................148 A.3 Daten der Zwischenlage ...............................148 A.4 Daten des Schotters..................................149 A.5 Daten des Radsatzes.................................149 A.6 Daten der Kontaktmechanik.............................150 A. 7 Frequenzgänge des Vertikal-/Longitudinalmodells.................151 B Ergänzungen zum FE-Verfahren für dynamische Probleme 153 B. l Eigenformen des beidseitig eingespannten Dehnstabes...............153 B.2 Eigenformen des beidseitig eingespannten, schubweichen Balkens.........153 B.3 Ansatzfunktionen für den schubweichen Balken und den Dehnstab........156 B.4 Ermittlung der Koppelmatrizen zur Kopplung modaler und physikalischer Freiheitsgrade .......................................157 C Aufstellen der Drehmatrizen zur Koordinatentransformation 161 Literaturverzeichnis 164
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