Die Entwicklung von Verfahren zur Lebensdauerberechnung von Eisenbahnschienen erfordert experimentelle Aussagen zur Schienenschädigung, mit denen diese Verfahren validiert werden können. Im DEUFRAKO-Verbundprojekt NOVUM wurden in zehn Einstufen- und Betriebsfestigkeitsversuchen die Ausbreitung von Querrissen im Bauteil Schiene untersucht und die Lebensdauer bestimmt. Die Versuchsbedingungen für die 3-Punkt-Biegung unter Wechsellast wurden aus realen Belastungen abgeleitet. Die Proben, Schienenstücke des Profils UIC 60 E1 (Güte 260), waren durch einen außermittig eingebrachten Kerb vorgeschädigt. Die gekerbten Schienen zeigten ein zu Schienen mit Head Checks, erzeugt durch Rollkontaktermüdung, vergleichbares Verhalten. Der Einfluss der Kerbwirkung von Head Checks und eingebrachten Kerben ist hinsichtlich der Lebensdauer in Abhängigkeit von der Spannungsamplitude im Wöhlerdiagramm deutlich ausgeprägt. Die Beobachtungen bestätigen die Aussage, dass sich durch Head Checks verursachte Querrisse gemäß den Gesetzmäßigkeiten der linear elastischen Bruchmechanik ausbreiten. Die durch die Kerbe eingebrachte Unsymmetrie hatte aufgrund der dominierenden Mode-I-Belastung keinen Einfluss auf die Entwicklung des Querrisses. Für eine denkbare realitätsnähere Belastung bzw. eine modifizierte Rissausbreitung, insbesondere in der Anfangsphase, erscheinen zwei Aspekte von Bedeutung: - Berücksichtigung der thermisch induzierten Spannungen - Einführung einer ortsveränderlichen Krafteinleitung Der durchgeführte Betriebsfestigkeitsversuch lässt als orientierender Versuch die Schlussfolgerung zu, dass der wesentliche Anteil der Schädigung durch die maximalen Amplituden der einzelnen Überrollungen verursacht wird. Ausgehend von der Zahl der Überrollungen bzw. ausgehend von der erreichten Risstiefe bis zum Bruch, ergibt sich als Amplitude eines Einstufenversuches mit der aufgenommenen Wöhlerlinie 115 bzw. 110 MPa. Damit ist unter Berücksichtigung der Versuchsstreuungen eine für das Versuchskollektiv aus technisch-praktischer Sicht schädigungsäquivalente Amplitude gefunden. Für die Ableitung verallgemeinerungsfähiger Aussagen zur Schadensakkumulation sind weitere Versuche mit variierten Kollektiven an Bauteil- bzw. Werkstoffproben erforderlich. Der Prüfstand hat sich für Biegewechsellasten konstanter und variabler Lastamplitude bewährt und bietet einen die Möglichkeit zur Untersuchung der Schwingfestigkeitseigenschaften unterschiedlicher Schienenqualitäten mit und ohne Vorschädigung.
Schwing- und Betriebsfestigkeitsuntersuchungen an vorgeschädigten Eisenbahnschienen des Profils UIC 60
Fatigue investigations of damaged railway rails of profil UIC
2009
10 Seiten, 9 Bilder, 1 Tabelle, 11 Quellen
Conference paper
German
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