TY - THES

T1 - Voraussage von wachstumsfähigen Squats ausgehend von einer Fehlstelle im Randbereich der Fahrspur einer Schiene

AU - Kubin, Wilhelm

N1 - gesperrt bis 16-09-2020

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - In dieser Arbeit wurde ein zweidimensionales Finite-Elemente-Modell mit Hilfe der Finite-Elemente-Software ABAQUS/Standard erstellt und berechnet. Das Modell stellt einen Querschnitt eines Schienenkopfes dar und dient zur Beschreibung von Rissen unter der Oberfläche. Es wird angenommen, dass die Entstehung und das Wachstum von Squats von durch die Überrollung entstandenen Defekten im Schienenkopf ausgehen. Mit diesem Simulationsmodell ist es möglich die Wachstumsfähigkeit von Rissen zu untersuchen, welche durch das Überrollen des Rades und durch die bestehenden Eigenspannungen in der Nähe des Laufbandes beeinflusst wird. Drei-dimensionale zyklische Finite-Elemente-Modelle zur Beschreibung des Rollkontaktes eines zylindrischen Rades auf einer Schiene zeigen, dass sich auf Grund der zyklischen plastischen Verformung des Schienenkopfes ein charakteristisches Eigenspannungsfeld einstellt. Um den Einfluss von Eigenspannungen auf das Wachstumsverhalten eines Risses zu untersuchen, muss das Eigenspannungsfeld aus den drei-dimensionalen Modellen auf das zwei-dimensionale Modell übertragen werden. Zusätzlich werden die verformten Oberfläche des Schienenkopfes und die Zeitgeschichte der Verschiebungen der Oberflächenknoten im Laufe einer Überrollung durch ein Rad übertragen. Ziel der Untersuchung ist es, für Risse Positionen im Schienenkopf, Größe und Orientierung zu finden, welche kritisch sind, um aus einem initiierten Defekt einen Squat entstehen zu lassen. Dazu wurde der Anriss an unterschiedlichen Positionen und Lagen im Querschnitt des Schienenkopfes untersucht. Die maximalen Risstreibkräfte und der zugehörige Rissfortschrittswinkel werden über dem Schienenprofil dargestellt. Dadurch sind die kritischen Lagen für Risse im Schienenkopf erkennbar. Es wurde herausgefunden, dass Eigenspannungen, vor allem Zugspannungen im Randbereich des Laufbandes einen signifikanten Einfluss auf das Risswachstumsverhalten haben. Zusätzlich wurde der Einfluss von Reibmartensit (WEL) auf die Rissentstehung und den Risswachstum untersucht. Dies erfordert die Übertragung der entstehenden Volumsdehnungen zufolge der Gefügeumwandlung auf das zwei-dimensionale Modell. Gesicherte Aussagen zum Reibmartensit erfordern jedoch weitergehende Untersuchungen.

AB - In dieser Arbeit wurde ein zweidimensionales Finite-Elemente-Modell mit Hilfe der Finite-Elemente-Software ABAQUS/Standard erstellt und berechnet. Das Modell stellt einen Querschnitt eines Schienenkopfes dar und dient zur Beschreibung von Rissen unter der Oberfläche. Es wird angenommen, dass die Entstehung und das Wachstum von Squats von durch die Überrollung entstandenen Defekten im Schienenkopf ausgehen. Mit diesem Simulationsmodell ist es möglich die Wachstumsfähigkeit von Rissen zu untersuchen, welche durch das Überrollen des Rades und durch die bestehenden Eigenspannungen in der Nähe des Laufbandes beeinflusst wird. Drei-dimensionale zyklische Finite-Elemente-Modelle zur Beschreibung des Rollkontaktes eines zylindrischen Rades auf einer Schiene zeigen, dass sich auf Grund der zyklischen plastischen Verformung des Schienenkopfes ein charakteristisches Eigenspannungsfeld einstellt. Um den Einfluss von Eigenspannungen auf das Wachstumsverhalten eines Risses zu untersuchen, muss das Eigenspannungsfeld aus den drei-dimensionalen Modellen auf das zwei-dimensionale Modell übertragen werden. Zusätzlich werden die verformten Oberfläche des Schienenkopfes und die Zeitgeschichte der Verschiebungen der Oberflächenknoten im Laufe einer Überrollung durch ein Rad übertragen. Ziel der Untersuchung ist es, für Risse Positionen im Schienenkopf, Größe und Orientierung zu finden, welche kritisch sind, um aus einem initiierten Defekt einen Squat entstehen zu lassen. Dazu wurde der Anriss an unterschiedlichen Positionen und Lagen im Querschnitt des Schienenkopfes untersucht. Die maximalen Risstreibkräfte und der zugehörige Rissfortschrittswinkel werden über dem Schienenprofil dargestellt. Dadurch sind die kritischen Lagen für Risse im Schienenkopf erkennbar. Es wurde herausgefunden, dass Eigenspannungen, vor allem Zugspannungen im Randbereich des Laufbandes einen signifikanten Einfluss auf das Risswachstumsverhalten haben. Zusätzlich wurde der Einfluss von Reibmartensit (WEL) auf die Rissentstehung und den Risswachstum untersucht. Dies erfordert die Übertragung der entstehenden Volumsdehnungen zufolge der Gefügeumwandlung auf das zwei-dimensionale Modell. Gesicherte Aussagen zum Reibmartensit erfordern jedoch weitergehende Untersuchungen.

KW - FEM

KW - rolling contact

KW - fracture mechanics

KW - crack propagation

KW - rail/wheel defects

KW - squats

KW - FEM

KW - Rollkontakt

KW - Bruchmechanik

KW - Risswachstum

KW - Rad/Schiene Fehlstellen

KW - Squats

M3 - Diplomarbeit

ER -