Simulationsgestützte Lastannahmen für Schienenfahrzeugdrehgestelle

• Simulation based design load calculation for railway vehicle bogies

Schöler, Frédéric Jean-François; Corves, Burkhard (Thesis advisor); Stichel, Sebastian (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : Aprimus Verlag (2019)
Buch, Doktorarbeit

In: Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (x, 144 Seiten) : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2018

Kurzfassung

Die Entwicklung einer leichten, energiesparenden und gleichzeitig sicheren Konstruktion ist eine der größten Herausforderungen bei der Auslegung von Schienenfahrzeugdrehgestellen. Die Komponenten müssen derart dimensioniert werden, dass sie bei möglichst geringem Gewicht den geplanten Fahrzeugeinsatz überdauern. Für die Dimensionierung und den Festigkeitsnachweis werden Lastannahmen benötigt, welche den im Einsatz auftretenden Belastungen möglichst gut entsprechen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde erstmals eine Methodik zur Berechnung repräsentativer einsatzabhängiger Lastannahmen mittels Mehrkörpersimulation für Schienenfahrzeugdrehgestelle entwickelt. Für die Durchführung der Simulationen werden repräsentative Szenarien benötigt, welche entweder aus Messdaten einer Betriebsmessung oder synthetisch erstellt werden können. Beide Möglichkeiten wurden im Rahmen dieser Arbeit untersucht. Für die Erstellung von Szenarien aus Messdaten wurde eine neue Methode zur Ermittlung der Trassierung aus gemessenen Verläufen von Krümmung und Überhöhung entwickelt. Zudem wurden die Gleislagefehler aus den gemessenen Radsatzlagerbeschleunigungen berechnet und die Fahrzustandsverläufe zwecks Durchführbarkeit der Simulationen angepasst. Das Vorgehen wurde unter Verwendung eines repräsentativen Teils der Betriebsmessung eines Referenzfahrzeugs angewendet und die simulativ ermittelten Belastungen mit denen der zugrundeliegenden Betriebsmessung verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich auf Basis von Szenarien aus Messdaten die Belastungen des Drehgestells mit hoher Qualität ermitteln lassen. Oftmals sind in der Entwicklungsphase die benötigten Messdaten vergleichbarer Fahrzeuge im geplanten Einsatz nicht vorhanden. In diesem Fall müssen synthetische Szenarien verwendet werden, welche die späteren Einsatzbedingungen des Fahrzeugs möglichst gut abbilden. Hierzu ist es notwendig, den Einfluss der verschiedenen Einsatzparameter auf die unterschiedlichen Belastungen zu kennen. Zu diesem Zweck wurden mittels simulationsbasierter Sensitivitätsanalyse die wichtigsten Einsatzparameter der Gruppen Trassierung, Fahrzustände und Gleislagefehler bestimmt. Aufbauend auf den Ergebnissen der Sensitivitätsanalyse wurde ein Vorgehen zur Generierung repräsentativer synthetischer Szenarien auf Basis statistischer Verteilungen der wichtigsten Einsatzparameter erarbeitet. Statistische Verteilungen von Einsatzparametern sind, anders als Messdaten, häufiger verfügbar und können an veränderte Einsatzbedingungen angepasst werden. Die zur Validierung durchgeführten Simulationen zeigen, dass die Methodik eine Ermittlung von Belastungen des Drehgestells mit hoher Qualität ermöglicht und sich somit repräsentative Lastannahmen auch ohne genaue Messdaten bestimmen lassen. Insgesamt schaffen die im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelten Verfahren die Voraussetzung zur Berechnung repräsentativer einsatzabhängiger Lastannahmen. Dies bewirkt eine Zunahme an Sicherheit im Entwicklungsprozess, erlaubt die kundenabhängige Optimierung von Konstruktionen und ermöglicht die Entwicklung innovativer Schienenfahrzeugdrehgestelle.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik [411910]