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Schienenfahrzeugdynamik : VDI-Buch - Klaus Knothe

Schienenfahrzeugdynamik

VDI-Buch

Hardcover

Published: 14th April 2003
Language: German
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Mit der Renaissance des Schienenverkehrs hat das Spezialgebiet "Schienenfahrzeugdynamik" an Bedeutung gewonnen. Auf entsprechendes Interesse wird das erste Buch im deutschsprachigen Raum stoáen, das hier seinen Schwerpunkt hat. Obwohl es auf der Vorlesung "Schienenfahrzeugdynamik" an der TU Berlin basiert und  Vorkenntnisse bez�glich Mechanik, Schwingungslehre und angewandter Mathematik voraussetzt, spricht es auch den Praktiker an.

Das Buch behandelt die Vertikaldynamik bis hin zu Komfortbetrachtungen und die Lateraldynamik so weit, daá dem Leser ein Verst„ndnis der Stabilit„t von Schienenfahrzeugen m”glich ist. Den Vorg„ngen im Kontakt Rad/Schiene wird besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Es enth„lt die j�ngsten Erkenntnisse aus Forschung und Bahnpraxis. Die Autoren gehen detailliert auf die spezielle Terminologie der Schienenfahrzeugdynamik und benachbarter Fachgebiete ein.

Einleitungp. 1
Grundlegende Aufgaben des Rad/Schiene-Systemsp. 1
Bedeutung der Dynamik für den Betrieb von Schienenfahrzeugenp. 2
Zur Geschichte der bahntechnischen Forschung seit 1800p. 4
Von 1800 bis 1945p. 4
Neuanfang nach 1945: Japan und Frankreichp. 8
Forschung und Entwicklung in Deutschland zur Überwindung der "Grenzen des Rad/Schiene-Systems"p. 11
Bahntechnische Industrie in Europap. 13
Übersicht über das Buchp. 14
Einteilung in Gruppenp. 14
Vertikalschwingungen und Lateralschwingungenp. 14
Bogenlaufp. 15
Frequenzbereichsrechnung und Zeitbereichsrechnungp. 15
Modellierung von Fahrzeug, Gleis und Anregungp. 17
Vorüberlegungen und Koordinatensystemep. 17
Fahrzeugmodellierungp. 18
Laufwerkskonstruktionen, Radsatzfesselungen und Drehgestellführungenp. 18
Mechanisches Modell des Fahrzeugs. Verbindungselementep. 23
Elastische Wagenkästenp. 24
Modellierung des Gleises und der Anregungp. 26
Gleismodellierungp. 26
Modellierung der Anregungp. 28
Modellierung des Rad/Schiene-Kontaktesp. 33
Profilgeometriep. 34
Kinematik des Kontakts von Rad und Schienep. 37
Kinematik des Kontakts bei konischen Profilen und Kreisprofilenp. 37
Kontaktkinematik bei beliebigen Profilenp. 43
Zur Ermittlung der äquivalenten Berührkenngrößen mit der Methode der Quasilinearisierungp. 45
Umrechnung in äquivalente Kreisprofilep. 48
Linearisierte Kontaktkinematik mit Gleislagefehlernp. 49
Schlupfberechnungp. 50
Normalkontaktmechanikp. 52
Überblick zur Kontaktspannungsberechnungp. 52
Annahmen zum Normalkontaktproblemp. 52
Nichtelliptische Kontaktflächenp. 53
Behandlung des Normalkontaktproblems nach Hertzp. 54
Kugelkontakt oder Punktkontakt (point contact)p. 57
Ellipsoidkontaktp. 57
Walzenkontakt, Linienkontaktp. 59
Linearisiertes Ersatzmodellp. 60
Tangentialkontaktmechanikp. 60
Einführung in das Tangentialkontaktproblemp. 60
Analytische Lösung für Walzenkontakt (Linienkontakt)p. 64
Kalkers Theorie des Rollkontakts für Ellipsoidkontaktp. 66
Näherungslösung nach Vermeulen-Johnson und Shen-Hedrick-Elkinsp. 68
Vereinfachte Theorie des rollenden Kontaktes [107]p. 72
Anpassung der Theorie an die Praxisp. 78
Vertikaldynamik. Bewegungsgleichungen und freie Schwingungenp. 79
Bezeichnungen und Annahmenp. 79
Bewegungsdifferentialgleichungen mit Impuls und Drallsatzp. 80
Verschiebungsfreiheitsgrade beim Zweiachserp. 81
Zwangsbedingungenp. 82
Kräfte in den Feder- und Dämpferelementenp. 82
Freischneiden der Einzelmassenp. 85
Impuls- und Drallsatz zum Aufstellen des Gleichungssystemsp. 87
Elimination der Zwangskräfte. Endgültiges Gleichungssystemp. 87
Prinzip der virtuellen Verrückungen für Starrkörpersystemep. 90
Vorbemerkungenp. 90
Formulierung des Prinzips der virtuellen Verrückungenp. 90
Einbau kinematischer Zwangsbedingungen. Beispiel Fahrzeugp. 93
Aufstellen der Bewegungsgleichungen mit dem Prinzipp. 94
Verschiebungsvektor mit den Freiheitsgraden des freigeschnittenen Systemsp. 94
Zusammenhang zwischen Federdehnungen und Systemverschiebungenp. 94
Angabe der Federgesetze und Formulierung der virtuellen Formänderungsenergiep. 95
Angabe der Massenmatrix und Formulierung der virtuellen Arbeit der Massenträgheitskräftep. 96
Äußere Belastungen und Zwangskräftep. 96
System von Bewegungsdifferentialgleichungen des freien Systems. Einführung von Zwangsbedingungenp. 97
Bewegungsgleichungen für elastische Wagenkästenp. 98
Lösung für freie Schwingungenp. 100
Übungsaufgaben zu Kapitel 4p. 103
Zwangskräfte bei Erfüllung der Zwangsbedingungenp. 103
Gültigkeit der Rollbedingungp. 103
Erzwungene Vertikalschwingungen, Frequenzbereichslösungp. 105
Komplexe Schreibweisep. 106
Vertikalschwingungen beim Abrollen über ein Cosinusgleisp. 109
Gleislagefehler und Fußpunktanregungp. 109
Lösung für die Tauchbewegungp. 110
Interpretation der Lösungp. 113
Fahrzeug auf allgemein periodischem Gleisp. 117
Lösung für ein Fahrzeug mit elastischem Wagenp. 121
Aufgaben zu Kapitel 5p. 122
Zweiachsiges Fahrzeug auf Cosinusgleisp. 122
Zweiachser auf allgemein periodischem Gleisp. 123
Regellose Schwingungenp. 125
Charakterisierung einer unregelmäßigen Fahrbahnp. 125
Ermittlung der Fahrzeugantwort bei regelloser Gleisanregungp. 127
Spektrale Leistungsdichten von Gleislagefehlernp. 131
Einige Anmerkungen zur Ermittlung der spektralen Leistungsdichte der Gleislagefehlerp. 131
Spektrale Leistungsdichten für das Netz der DBp. 133
Wegkreisfrequenzen und Zeitkreisfrequenzenp. 137
Bedeutung des Antwortleistungsspektrumsp. 137
Schwingungseinwirkungen auf den Menschen - Komfortbeurteilungp. 139
Wertungsziffer nach Sperlingp. 140
Allgemein periodische Schwingungenp. 143
Regellose Schwingungenp. 145
ISO 2631p. 146
CEN Norm ENV 12299p. 149
Vereinfachtes Kriterium für mittleren Komfort - NMVp. 150
Komfortstörungen in Übergangskurven - PCTp. 151
Diskrete Komfortstörungen - PDEp. 153
Abschlussbemerkungenp. 154
Messen oder Rechnenp. 154
Komfort als Systemeigenschaftp. 154
Einwirkungsdauer einer komfortbeeinträchtigenden Schwingungp. 155
Übungsaufgaben zu Kapitel 7p. 155
Berechnen der Wertungsziffer nach Sperlingp. 155
Einführung in die Lateraldynamikp. 157
Vorbemerkungp. 157
Sinuslauf und Klingelformelp. 161
Voraussetzungen und Annahmen bei der Ableitung der Klingel-Formelp. 164
Bestimmung der wirksamen Konizität mit Gleichung (8.13)p. 166
Bewegungsgleichungen für die Lateraldynamikp. 167
Prinzip für einen gefesselten Radsatzp. 167
Betrachtetes System und einwirkende Kräftep. 167
Formulierung des Prinzips der virtuellen Verrückungenp. 169
Ermittlung der virtuellen Verschiebungenp. 170
Gleichgewichtsbedingungen in x-Richtung und um die y-Achsep. 173
Gleichgewichtsbedingungen in y-Richtung und um die z-Achsep. 173
Übungsaufgaben zu Kapitel 9p. 175
Interpretation der Schlupfkraftterme in Gl (9.13)p. 175
Rollwiderstand infolge Bohrschlupfp. 175
Bewegungsgleichungen für erzwungene Lateralschwingungenp. 175
Rollwiderstand in der vereinfachten Theoriep. 176
Nummerische Besetzung der Bewegungsdifferentialgleichung eines gefesselten Radsatzesp. 176
Schlupfkräfte bei Annahme eines nicht schlupfkraftfreien Referenzzustandesp. 176
Laterales Eigenverhalten eines Radsatzesp. 179
Ermittlung von Eigenwerten und Eigenvektorenp. 179
Wurzelortskurvenp. 181
Näherungslösung für niedrige Geschwindigkeitenp. 183
Stabilitätsuntersuchung mit Beiwertbedingung oder Hurwitz-Kriteriump. 187
Kritische Geschwindigkeit eines Einzelradsatzesp. 189
Interpretation der Stabilitätsgrenzbedingung des Einzelradsatzesp. 190
Übungsaufgaben zu Kapitel 10p. 195
Charakteristische Gleichungp. 195
Transformation der Radsatz- Bewegungsdifferentialgleichungp. 195
Grafische Darstellung der Wurzelortskurven eines gefesselten Einzelradsatzes und Bestimmung der kritischen Geschwindigkeitp. 196
Losradsatzp. 196
Laterales Eigenverhalten und Stabilität von Drehgestellenp. 197
Nummerische Ermittlung der Eigenwerte und der Grenzgeschwindigkeitp. 197
Analytische Näherungslösungen bei Drehgestellenp. 203
Koordinatentransformationen zur Einführung generalisierter Verschiebungszuständep. 206
Drehgestelle mit unendlich großer Biege- und Schersteifigkeitp. 215
Konstruktive Realisierung sehr großer Biege- und Schersteifigkeitenp. 219
Drehgestelle mit unendlich großer Schersteifigkeitp. 220
Drehgestelle mit unendlich großer Biegesteifigkeitp. 223
Drehgestelle mit endlicher Biege- und Schersteifigkcitp. 224
Übungsaufgaben zu Kapitel 11p. 226
Bewegungsgleichungen eines Drehgestellsp. 226
Bewegungsgleichungen eines frei rollenden Drehgestells bei niedrigen Geschwindigkeitenp. 227
Beziehungen für Biegesteifigkcit und Schersteifigkeitp. 227
Stabilität von Drehgestell-Fahrzeugenp. 229
Stabilität eines aus zwei Wagen bestehenden Zugesp. 229
Stabilität eines Drehgestellfahrzeugsp. 233
Sinuslauf eines Drehgestellfahrzeugsp. 234
Drehgestell-Sinuslaufp. 238
Auswirkung von Reibdrehhemmungenp. 239
Anregungen zur Weiterarbeit zu Kapitel 12p. 241
Abhängigkeit der Stabilität des Drehgestellfahrzeugs von Biege- und Schersteifigkeitp. 241
Stabilität eines Fahrzeugs mit Losradsätzenp. 241
Reibdrehhemmung und Drehhemmung mit viskosen Dämpfernp. 241
Nichtlineare Stabilitätsuntersuchungenp. 243
Vorbemerkungp. 243
Nichtlineare kritische Geschwindigkeitp. 244
Verfahren von Urabe und Reiterp. 246
Methode der Quasilinearisierungp. 250
Grenzen der Fourierzerlegungp. 252
Nichtlineare Stabilitätsberechnung im Zeitbereichp. 253
Anregungen zur Weiterarbeit zu Kapitel 13p. 253
Stabilitätsuntersuchung für das Boedecker-Fahrzeugp. 253
Quasistatischer Bogenlaufp. 255
Historische Vorbemerkungp. 255
Allgemeine Anmerkungenp. 256
Bogenlauf eines Radsatzesp. 257
Frei laufender Radsatz im Bogen (kinematischer Bogenlauf)p. 257
Radsatz im mitgeführten Rahmenp. 258
Bogenlauf von Drehgestellen und ganzen Fahrzeugenp. 266
Verfahren zur Berechnung des Bogenlaufes nach Uebelacker und Heumannp. 267
Kräfte beim Bogenlauf von Drehgestellen mit Federungp. 270
Verschleißberechnung im Rad-Schiene Kontaktp. 272
Übungsaufgaben zu Kapitel 14p. 275
Vorzeichen der Schlupfkräfte bei unterschiedlichen Radsatzstellungenp. 275
Schiefstellung und Versatz von Radsätzenp. 275
Bogenlauf eines Einzelradsatzesp. 276
Beanspruchungsermittlung von Fahrzeugkomponentenp. 277
Einleitungp. 277
Prinzipielle Vorgehensweisep. 278
Spannungsberechnung im Bauteilp. 280
FE-Rechnung in jedem Zeitschrittp. 280
Spannungsberechnung mit Hilfe von Transformationsmatrizenp. 281
Ermittlung von Beanspruchungskollektivenp. 283
Ermittlung ertragbarer Beanspruchungenp. 284
Zählverfahren zur Kollektivermittlungp. 286
Umrechnen des zweiparametrischen Kollektivs in ein einparametrisches Kollektivp. 292
Superposition zum Gesamtkollektivp. 294
Schadensakkumulation - Festigkeitsnachweisp. 296
Schadensakkumulationshypothesenp. 296
Konzepte zur Betriebsfestigkeitsberechnung bei Schienenfahrzeugenp. 297
Übungsaufgaben zu Kap. 15p. 299
Transformationsmatrix zwischen MKS-Freiheitsgraden und Spannungen im Drehgestellp. 299
Ermittlung des Belastungskollektivs der Federkräfte mit Hilfe der Spektraldichtemethodep. 299
Anhangp. 301
Formelzeichenp. 301
Koordinatensystemep. 309
Grundlagen der Kontaktmechanikp. 311
Hertzsche Kontaktmechanikp. 311
Kontaktgleichungp. 313
Grundgleichungen für das Tangentialkontaktproblem nach Carterp. 315
Funktion ¿ für die Lösung nach Vermeulon-Johnsonp. 318
Grundgleichungen der vereinfachten Rollkontakttheoriep. 319
Stabilitätsbedingungen charakteristischer Gleichungen mit dem Hurwitz-Kriterinmp. 320
vcrit mit Nebendiagonalgliedern der Dämpfungsmatrixp. 322
Literaturverzeichnisp. 323
Sachregisterp. 337
Table of Contents provided by Publisher. All Rights Reserved.

ISBN: 9783540434290
ISBN-10: 3540434291
Series: VDI-Buch
Audience: General
Format: Hardcover
Language: German
Number Of Pages: 360
Published: 14th April 2003
Publisher: Springer-Verlag Berlin and Heidelberg Gmbh & Co. Kg
Country of Publication: DE
Dimensions (cm): 23.4 x 15.6  x 2.0
Weight (kg): 0.68