Experimental and numerical investigation of the phenomenon squats in rails

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

Der Schienenverkehr ist zu einem wesentlichen Bestandteil unserer Gesellschaft geworden. Er bietet eine nachhaltige und wirtschaftliche Lösung für die Mobilität, die gleichzeitig den globalen Klimazielen gerecht wird. Steigende Fahrgastzahlen und die zunehmende Verfügbarkeit von Zügen verkürzen jedoch die Wartungszeiten und erhöhen das Ausfallrisiko. Unter den verschiedenen Mechanismen, die zu Schienenschäden führen können, hat sich der sogenannte "Squat" zu einer Herausforderung für Bahnbetreiber weltweit entwickelt. Diese Arbeit widmet sich der umfassenden Untersuchung von Squats mit dem Ziel, deren Initiierungs- und Ausbreitungsmechanismen aufzuklären und die kritischen Einflussfaktoren mittels numerischer Methoden und Experimenten zu analysieren. Zum einen wurde der Spannungszustand in Schienen und dessen Einfluss auf Squats untersucht. Dazu wurden zwei Messverfahren, die Konturmethode (CM) und die Röntgendiffraktometrie (XRD), an geschädigten Schienen mit Squats angewendet. Es zeigte sich, dass die Eigenspannungen an der Oberfläche nur mit der XRD erfasst werden können, während die gesamte Eigenspannungsverteilung über den Schienenquerschnitt mit der CM bestimmt werden kann. Dies ist auf die unterschiedliche Auflösung der beiden Methoden zurückzuführen. Es konnten jedoch keine offensichtlichen Abweichungen in der Eigenspannungsverteilung aufgrund von Squats in der näheren Umgebung festgestellt werden. Darüber hinaus wurden umfangreiche metallographische Untersuchungen durchgeführt, um Squats in verschiedenen Entwicklungsstadien und Werkstoffen zu analysieren. Die Ergebnisse stimmen im Wesentlichen mit dem derzeitigen Kenntnisstand überein, es gibt jedoch Hinweise darauf, dass Risse unter der Oberfläche auch als Begleitursache oder Auslöser von Squats wirken können. Der Hauptteil der Arbeit bestand in der Entwicklung eines numerischen Modells zur Untersuchung von Squats. In einem ersten Schritt wurde ein zyklisches Überrollmodell entwickelt und mittels Experimenten auf einem Rad-Schiene-Prüfstand validiert. Die Ergebnisse dieses globalen Finite Elemente Modells liefern den Input für Submodelle, die kreisförmige Risse als Ausgangspunkte für Squats enthalten. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass diese Arbeit einen Beitrag zum aktuellen Wissen über Squats und deren Entstehungsmechanismen leistet. Die vorgestellte numerische Methodik ermöglicht ein besseres Verständnis der Entstehung von Squats und kann als Grundlage für weitere Forschungsarbeiten dienen, um letztendlich Squats in Schienen zu vermeiden. Die Lösung dieses Rätsels wird die Lebensdauer der Schienen verlängern und die Kosten für die Eisenbahnbetreiber minimieren.

Details

Titel in ÜbersetzungExperimentelle und numerische Untersuchung des Phänomens Squats in Schienen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2023