UM RCF Rail

UM RCF Rail

 UM Rollkontaktermüdung der Schiene


Das Modul UM Rolling Contact Fatigue of Rail ist für die Modellierung von Rollkontaktermüdungsschäden konzipiert. Mit Hilfe einer Vergleichsanalyse von multivarianten Berechnungen kann das Laufflächenprofils der Schiene nach dem Kriterium der Rollkontaktermüdung optimiert werden.

 

 Features des UM Rollkontaktermüdung (RCF) von Schienen


Das Modul UM RCF Rail ermöglicht:

  • die Rate der Akkumulation von Rollkontaktermüdung in Schienen mit unterschiedlichen Rollflächenprofilen anhand von Daten zu bestimmen, die aus der Modellierung der Dynamik des Zugverkehrs mit dem Modul UM Loco gewonnen wurden;
  • vier Kriterien zur Modellierung der Schadensakkumulation durch Rollkontaktermüdungsbruch zu verwenden:
  • den Einfluss des Schienenprofilverschleißes auf die Rate der Akkumulation von Schäden durch Rollkontaktermüdungen mit dem Tool UM Loco/Rail Profile Wear Evolution zu analysieren;
  • den Einfluss von Eigenspannungen auf die Rate der Schadensakkumulation durch Rollkontaktermüdungen zu berücksichtigen;
  • mit Hilfe einer grafischen Oberfläche Prozesse der Modellierung der Spannungen und Schadensakkumulation im Schienenmaterial mit Isolinien und Farbfüllungsmodi darzustellen.

 

 Kontakt-Ermüdungs-Ausfallkriterien

 

Кривая контактной усталости. Щелкните для просмотра копии экрана.

Das Modul UM RCF Rail verwendet vier Kriterien zur Modellierung der Schadensakkumulation durch Rollkontaktermüdungen verwendet:

                          • das Kriterium der maximalen tangentialen Spannungsamplitude;
                          • das Dang Van Kriterium;
                          • das Sines Kriterium;
                          • ein Kombiniertes Kriterium.

Die berechneten Vergleichsspannungen werden mit den Schädigungsspannungen in Übereinstimmung mit der aus Experimenten gewonnen Kontaktermüdungskurve des Schienenstahls verglichen, und die auch die Abhängigkeit der Anzahl der Zyklen bis zum Versagen von der Höhe der Vergleichsspannungen feststellt.

Die akkumulierten Ermüdungsschädigungen an einer Stelle im Schienenmaterial werden anhand der Kontaktermüdungskurve durch Aufsummieren der Schädigungen ermittelt.

 

 Das Schienenmodell

 

Плоская сетка для построения конечноэлементной модели фрагмента рельса. Щелкните для просмотра копии экрана.
Трёхмерная конечноэлементная модель фрагмента рельса. Щелкните для просмотра копии экрана.

Das Modul verwendet ein Finite-Elemente-Modell eines Schienenfragments, das aus Solid-Elementen mit acht Knoten und einer Kantengröße von 1 mm besteht. Im Modell werden die Rollkontaktermüdungen in den Knoten der Finite-Elemente zweckmäßig akkumuliert. Mit diesem Modell lassen sich Spannungen in oberfläoberflächennaher Kontaktschicht der Schiene mit minimalen Rechenzeitaufwänden und ausreichender Genauigkeit zu ermitteln.

 

 

 

 

 

  Bestimmung der Vergleichsspannungen

 

Выделение малого фрагмента из исходной конечноэлементной схемы. Щелкните для просмотра копии экрана.
Наложение упругих связей на поверхности выделенного фрагмента. Щелкните для просмотра копии экрана.
Приложение сил к узлам поверхности контакта выделенного фрагмента. Щелкните для просмотра копии экрана.

Um den Prozess der Akkumulation von Rollkontaktermüdungsschäden im Schienenmaterial zu simulieren, wird die Bewegungsdynamik von Schienenfahrzeugen entweder auf einem geraden Gleisabschnitt oder auf einem Gleisabschnitt in einem Bogen simuliert. Es wird die Anzahl der Schienenquerschnitte angegeben, in denen die Kontaktkräfte von jedem Rad eines vorbeifahrenden Zugverbands berechnet werden. Die Anzahl solcher Querschnitte muss ausreichend sein, um die Messdaten über Kräfte und Radposition auf der Schiene statistisch repräsentativ zu machen. Im Modul UM RCF Rail werden die akkumulierten Ermüdungsschäden in diesen Querschnitten zusammengefasst und einem Querschnitt zugeordnet, der als Schienenreferenzquerschnitt bezeichnet wird.

Zur Lösung des Rollproblems verwendet das Modul UM Loco die Kontaktkraftmodelle von W. Kik und I. Piotrowski sowie das CONTACT Modell von Kalker. Mit diesen Algorithmen werden die Normal- und Tangentialkräfte in den Knoten des zweidimensionalen Netzes, die auf der Kontaktfläche liegen, berechnet. Aus der Modellierung der Dynamik der Schienenfahrzeugbewegung mit Hilfe des UM Loco-Modul lässt sich eine Datei mit Eingabedaten für das UM RCF Rail-Modul mit der Kontaktkräften erstellen.

Um die Berechnung der Spannungen zu beschleunigen, wird ein Fragment aus dem Finite-Elemente-Modell der Schiene durch die Größe des Kontaktpunktes extrahiert und mit elastischen Randbindungen eingeschränkt. Bei der Modellierung der Akkumulation von Rollkontaktermüdungsschaden im Modul UM RCF Rail werden die erhaltene Kräfte an den Knoten der Kontaktfläche des ausgewählten Finite-Elemente-Fragments des Schienenfragments angesetzt.

Als Ergebnis der Finite-Elemente-Lösung werden Vergleichsspannungen in den Knoten des Finite-Elemente- Modells ermittelt, die anschließend mit den Schädigungsspannungen gemäß der Ermüdungskurve für das Stahl verglichen.

 

 Berücksichtigung von Schienenprofilverschleißes

 

Изохромы накопленной повреждённости в контрольном сечении рельса. Щелкните для просмотра копии экрана.

Die Iteration von Schienenprofil Verschleiß ist eine Reihe von Berechnungen, innerhalb derer sich das Profil der Schienenrollfläche nicht ändert.

Das UM Rolling Contact Fatigue of Rail Modul verwendet ein Finite-Elemente-Modell des Schienenfragments, um die Kontakt-Ermüdungsschäden zu akkumulieren. Bei jeder Iteration des Schienenprofil Verschleißes wird dieses Modell neu angepasst: Ein neues Finite-Elemente- Netz wird basierend auf dem abgenutzten Schienenprofils gebaut. Den neuen Knoten des neuen Gitters werden die bereits berechneten vorhandenen Schäden an den Knoten des Netzes aus den vorhandenen Schäden an den Knoten des Netzes aus der vorherigen Iteration zugewiesen. Dann wird die Berechnung der Akkumulation von Rollkontaktermüdungsschäden in den Knoten des neuen Finite-Elemente-Models der Schiene wiederholt.

 

 Veröffentlichung

 

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