Dauerfestigkeitsabschätzung der Schienenoberfläche unter rollender und gleitender Belastung

Diplomarbeit aus dem Jahr 2003 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Luft- und Raumfahrttechnik, Note: 1,3, Technische Universität Berlin (Institut für Luft- und Raumfahrttechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: In der Schienenoberfläche treten bei jeder Überrollung beachtliche Spannungen auf, die zwar die Fließgrenze des Materials noch nicht erreichen, aber möglicherweise ein Dauerfestigkeitsproblem darstellen, da die Lastspielzahlen sehr hoch sind. Ein Problem der Dauerfestigkeitsabschätziung ist jedoch, dass es sich bei der Schienenoberfläche nicht um ein Bauteil handelt, das durch Kräfte belastet wird, sondern um ein Kontinuum, in welchem ein mehrachsiger periodisch wechselnder Spannungszustand herrscht. Um ein Belastungskollektiv zu erstellen, wird die Überrollanzahl einer deutschen Schnellfahrtstrecke abgeschätzt. Die Berechnung der Spannungen in der Schienenoberfläche wird zunächst als zweidimensionale Rechnung nach der Methode von McEwan durchgeführt. Als zweite Herangehensweise wird eine dreidimensionale Spannungsberechnung mit dem Programm CONTACT ausgeführt. Die Ergebnisse der beiden Methoden werden verglichen und für beide Resultate wird eine Dauerfestigkeitsabschätzung ausgeführt. Das Ergebnis der Analyse ist, dass die Schiene an der Oberfläche dauerfest ist. Das Ergebnis für die Dauerfestigkeitsabschätzung im Inneren der Schiene kann nicht so eindeutig formuliert werden, da hier die Teilergebnisse der beiden durchgeführten Rechnungen nicht übereinstimmen. Es muss unterschieden werden zwischen der zweidimensionalen Rechnung nach McEwan, welche als Ergebnis liefert, dass das Material auch im Inneren dauerfest ist, und der dreidimensionalen Berechnung mit dem CONTACT-Programm, das ein negatives Ergebnis für das Schieneninnere liefert. Weiterhin muss unterschieden werden, welche Dauerfestigkeitsgrenze angenommen wird. Nach Goodman ist das Material dauerfest, setzt man hingegen die PfdW als Grenze fest, ist das Schieneninnere nicht dauerfest. Die Ergebnisse der Spannungsberechnung für das Innere der Schiene liegen also in einem Grenzbereich. Da bei der Fehlerdiskussion jedoch die Faktoren überwiegen, welche das Material entlasten (größere Kontaktfläche Materialabnutzung, evtl. kein vollständiger Schlupf, zusätzliche Druckspannungen usw.) und außerdem im Inneren des Materials sich bildende Anrisse nicht unbedingt zum Materialversagen führen, kann auch für das Innere der Schiene als Ergebnis formuliert werden, dass das Material hier dauerfest ist. Unter ungünstigen Umständen ist es jedoch nicht vollständig auszuschließen, dass ein Versagen des Schienenmaterials auf ungenügende Dauerfestigkeit zurückzuführen ist.