Lastannahmen und Festigkeitsbewertung von Gleiskomponenten des Nahverkehrs
Kunde: Würzburger Straßenbahn GmbH, KÜNSTLER Bahntechnik GmbH, Deutschland
Projektaufgaben
- Klärung der anzuwendenden Trassierung, Fahrgeschwindigkeiten und Rad/Schiene-Bedingungen
- Aufsetzen von Mehrkörpersystem-(MKS)-Modellen des Gleises inklusive der Querschnitte der Zungenschiene sowie von drei Typen von Bestandsfahrzeugen
- Durchführen von Variationsrechnungen und Extrahieren der auf Komponenten wie Streckengleis oder Zungenschienen wirkenden Lasten
- Aufsetzen eines Finite-Elemente-Modells z.B. der Zungenschienen nebst umgebender Struktur
- Rechnerische Bewertung der Ermüdungsfestigkeit unter Aufbringen der Lastannahmen aus der MKS-Simulation
- Vorschläge zu konstruktiven Änderungen für eine erhöhte Festigkeit
Unsere Umsetzung
Dabei werden die spezifischen Bedingungen der WSB berücksichtigt, indem Mehrkörpersystem (MKS)-Simulationen für die drei Regelfahrzeugtypen der WSB in allen relevanten Fahrspielen vor dem Hbf sowie durch das Gleisdreieck „Sanderring“ durchgeführt werden. Aus den Ergebnissen der MKS-Simulationen werden Lastannahmen extrahiert. Zur Bewertung der Festigkeit wird ein Modell der Gleiskomponente und der umgebenden Tragstruktur nach der Finiten-Elemente-Methode (FEM) aufgebaut. Dazu werden die zugehörigen Rad/Schiene-Lasten aufgebracht, wie sie sich aus den MKS-Simulationen ergeben. Die Ermüdungsfestigkeit wird anhand der Amplitude der Spannungen bewertet. Auf Basis der FEM-Berechnung konnten konstruktive Änderungen zur weiter-en Steigerung der Ermüdungsfestigkeit vorgeschlagen werden.
Kundenutzen
Ein unmittelbarer Nutzen für die WSB besteht in einer Risikominimierung insbesondere in Bezug auf die Wahrscheinlichkeit auftretender Risse. Dies ist vor allem vor dem Hintergrund tendenziell zunehmender Radlasten neuer Straßenbahnfahrzeuge relevant, was mit einer zunehmenden Beanspruchung der Gleiskomponenten einhergeht. Ein weiterer Nutzen besteht darin, dass die Lastannahmen sowie der rechnerische Festigkeitsnachweis für künftige Ausschreibungen ähnlicher Gleisanlagen unter vergleichbaren Bedingungen wiedergenutzt werden können. Für zwei der drei Fahrzeuge konnte auf Simulationsmodelle aus vorherigen Projekten der WSB zurückgegriffen werden, die hier ohne erneuten Initialaufwand wieder genutzt werden konnten.
