Hochfrequente Gleismodellierung und Simulation der Fahrzeug-Gleis-Dynamik unter Verwendung einer nichtlinearen Kontaktmechanik:
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| Edition: | Als Ms. gedr. |
| Series: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschrittberichte VDI / 12]
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| adam_text | Titel: Hochfrequente Gleismodellierung und Simulation der Fahrzeug-Gleis-Dynamik unter Verwendung einer nic
Autor: Ripke, Burchard
Jahr: 1995
V Inhalt s ver zeichnis Symbole und Bezeichnungen VIII 1 Einleitung I 2 Stand der Forschung 4 2.1 Gleismodelle und Berechnungsverfahren für eine ortsfeste Erregung....... 4 2.1.1 Kontinuierliche Modelle ........................... 4 2.1.2 Diskrete Modelle............................... 5 2.2 Behandlung bewegter Kräfte im Frequenzbereich......... 5 2.3 Behandlung bewegter Massen im Frequenzbereich................. 6 2.4 Behandlung bewegter Massen im Zeitbereich.................... 6 3 Ziele und Voraussetzungen der Arbeit 8 3.1 Zielsetzung ...................................... 8 3.2 Voraussetzungen ................................... 9 3.3 Abgrenzung zu anderen Arbeiten.......................... 10 4 Modellierung des Gleises für hochfrequente Dynamik 12 4.1 Modell der Schiene.................................. 13 4.1.1 Lateralmodell................................. 14 4.1.2 Longitudinal- und Vertikalmodell...................... 15 4.2 Verbindungselement - Zwischenlage......................
17 4.3 Schwelle.................................... 21 4.4 Schotter und Planum................................. 22 4.5 Gesamtmodell unter Ausnutzung der Symmetrie.................. 24 5 Berechnungsverfahren bei ortsfester Anregung 27 5.1 Ubertragungsmatrizenverfahren........................... 27 5.1.1 Behandlung von Gleisen mit lokalen Einzelstörungen........... 32 5.2 Finite-Element-Verfahren.............................. 34 6 Numerische Ergebnisse bei ortsfester Erregung 37 6.1 Das unendlich lange Gleis ...................... 37 6.1.1 Vertikaldynamik ............................... 38 6.1.2 Longitudinaldynamik............................. 40 6.1.3 Lateraldynamik................................ 43 6.1.4 Einfluß von frequenzabhängigen Eigenschaften der Zwischenlage auf den Frequenzgang der Schiene.......................... 44 6.2 Das endlich lange Gleis bei ortsfester Erregung................... 46 6.2.1 Einfluß der Schwellenanzahl bei endlichen Gleismodellen......... 46 6.2.2 Einfluß
von Periodizitätsstörungen auf die Vertikaldynamik des Gleises . 50 6.2.3 Einfluß der Schottermodellierung auf den FVequenzgang der Schiene ... 53 6.3 Verifikation des Gleismodell und Parameteridentifikation............. 56
VI Inhaltsverzeichnis 7 Das bewegte Fahrzeug auf dem diskreten Gleis 58 7.1 Modell des Fahrzeuges und des Radsatzes ..................... 59 7.2 Modell des Gleises .................................. 65 7.2.1 Systembelastungsvektor des Gleismodells bei bewegter Last ....... 67 7.2.2 Verschiebung der Schiene........................... 69 7.3 Rad-Schiene-Kontaktmechanik........................... 75 7.3.1 Berechnung der Normalkraft......................... 75 7.4 Zeitschrittintegrationsverfahren........................... 81 7.4.1 Klassische Vorgehensweise.......................... 82 7.4.2 “Modales” Zeitschrittintegrationsverfahren................. 86 7.4.3 Stabilität und Effizienz des modalen Zeitschrittverfahrens......... 95 7.5 Behandlung von Nichtlinearitäten im Gleis- und Fahrzeugmodell......... 96 7.6 Einfluß der Fahrgeschwindigkeit auf das Wanderlastproblem........... 97 7.6.1 Gelenkig gelagerter Balken mit bewegter konstanter Last......... 98 7.6.2 Dopplereffekt bei ortsfester
Betrachtung.................. 99 7.6.3 Gleis mit bewegter harmonischer Last - schubweiches Balkenelement . . 100 8 Iterationsverfahren zur Berechnung der Kontaktkräfte 104 8.1 Methode der sukzessiven Approximation.......................104 8.2 Steffensen-Verfahren.................................105 8.3 Newtonsches Näherungs verfahren bei einer Unbekannten.............105 8.4 Newtonsches Näherungs verfahren bei mehreren Unbekannten...........109 9 Numerische Ergebnisse — Fahrzeug auf diskretem Gleis 113 9.1 Einfluß von Parametern auf die Ergebnisse der Integration............113 9.1.1 Zeitschrittweite................................113 9.1.2 Anzahl der benötigten Eigenfrequenzen der Schiene............114 9.2 Einfluß der nichtlinearen Kontaktmechanik auf die Normalkraft.........117 9.3 Einfluß der Radsatzelastizität auf die berechnete Normalkraft ..........122 9.4 Einfluß der Gleisdynamik auf die Normalkraft...................125 9.5 Modellvereinfachungen................................129
9.6 Anwendungsmöghchkeiten..............................131 9.6.1 Einfluß von Konstruktionsparametern auf die Systemkräfte........131 9.6.2 Einfluß von Einzelfehlern im System auf die Kontaktkraft.........134 9.7 Zusammenfassung...................................135 10 Zusammenfassung und Ausblick 136 A Daten der verwendeten Modelle 139 A.l Gleismodeh......................................139 A.l.l Schiene - UIC60 ...............................139 A.l.2 Zwischenlage .................................140 A.1.3 Schwelle....................................140 A.l.4 Schotter.......................... 141 A.2 Daten der Anpassungsrechnung...........................141 A. 3 Fahrzeug und Radsatzmodell.............................142 B Partikuläre Lösung des Balkens 145 B. l Dynamischer Anteil des Timoshenko-Balkens ...................145
Inhaltsverzeichnis VII C Mathematische Behandlung von zyklischen Strukturen 146 C.l Das Gleis, eine zyklische Struktur ?.........................146 C.l.l Die Systemmatrizen des zyklischen Gleismodells..............147 C.2 Eigenwertberechnung bei zyklischen Systemen...................149 C.2.1 Eigenwertberechnung bei zyklischen Matrizen...............149 C.2.2 Eigenwertberechnung beim zyklischen Gleismodell.............151 C.3 Modale Zerlegung des zyklischen Systems......................153 Literaturverzeichnis 156
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