Contact, motion and wear in railway mechanics

• Autorzy: Frischmuth K.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the most intriguing problems in railway mechanics is the modeling of contact between a rail and wheel. On the one hand, in the contact zone the friction forces are determined - which are essential for the bevior of railway vehicles as multibody systems, see Kalker (1990), True (1993). On the other hand, the power extended by those frictional forces on the surfaces in contact leads to abrasion of particles and thus to wear phenomena, see Brommundt (1996), Frischmuth (1996), Langemann (1999). The aim of this paper is to present recent results on the coupling between motion of a railway vehicle and evolution of contact surfaces due to wear. We concentrate on a wheel with initially perfect geometry, which changes due to frictional power disspation during rolling on a perfect track.

PL

Kontakt, ruch i zużycie w mechanice kolejowej. Jednym z najbardziej ciekawych zagadnień mechaniki kolejowej jest modelowanie kontaktu między kołem a szyną. Z jednej strony w strefie kontaktu określone są siły tarcia - które są istotne dla zachowania pojazdów kolejowych jako układów wielu ciał, patrz Kalker (1990), True (1993). Z drugiej strony zaś moc dyssypowana przez siły tarcia na powierzchniach kontaktowych prowadzi do usuwania cząsteczek i tym samym do zjawisk zniszczenia, patrz Brommundt (1996), Frischmuth (1996), Langemann (1999). Celem niniejszej pracy jest prezentacja aktualnych wyników na temat sprzężenia między ruchem pojazdu kolejowego a ewolucją powierzchni kontaktu wskutek zużycia. Dla ustalenia uwagi rozpatrujemy koło o początkowo idealnej geometrii, która zmienia się pod wpływem mocy sił tarcia dyssypowanej podczas toczenia po perfekcyjnym torze.

Słowa kluczowe

EN

vehicle dynamics; friction; wear; railway mechanics; contact problems; multibody systems

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 39 nr 3
• Strony: 507--522
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Frischmuth K.

• FB Mathematic, Universitat Rostock, Germany

Bibliografia

• 1. ARNOLD M., FRISCHMUTH K., 1998, Solving Problems with Unilateral Constraints by DAE Methods, Mathematics and Computers in Simulation, 47, 47-67.
• 2. FRISCHMUTH K., ARNOLD M.. HÄNLER M., NETTER H., 1996, Differential gleichungen und singulare Mannigfaltigkeiten in der dynamischen Simulation von Rad-Schiene-Systemen, in: Hoffmann, Jäger, Lohmann, Schunck (Edit.), Mathematik - Schlüsseltechnologie für die Zukunft, Proceedings des BMBF-Statusseminars München 1995, Springer-Verlag Berlin/Heidelberg.
• 3. ARNOLD M., NETTER H., 1998, Approximation of Contact Geometry in the Dynamical Simulation of Wheel-Rail Systems, Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, 4, 162-184.
• 4. BOGACZ R., DZULA S., 1993, Dynamics and Stability of a Wheelset in Rolling Contact Motion on Rails, in: Proc. of ITTG International Symposium on the Technological Innovation in Guided Transports, 871-883, Lille.
• 5. BROMMUNDT E., 1996, A Simple Mechanism for the Polygonalization of Railway Wheels by Wear, Mechanics Research Communications Basic and Applied.
• 6. CHUDZIKIEWICZ A., 2000, Zużycie kół kolejowych, in: Proceedings of the 7th Conference on Computer Simulation in Research and Development, Kościelisko.
• 7. GEAR C.W., GUPTA G.K., LEIMKUHLER B., 1985, Automatic Integration of Euler-Lagrange Equations with Constraints, J. Comp. Appl. Math., 12&13, 77-90.
• 8. HAIRER E., WANNER G., 1991, Solving Ordinary Differential Equations. II. Stiff and Differential-Algebraic Problems, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York.
• 9. HERTZ H., 1882, Uber die Berührung fester elastischer Körper, J. Reine und Angewandte Mathematik, 92.
• 10. KALKER J.J., 1990, Three-Dimensional Elastic Bodies in Rolling Contact, Vol. 2 of Solid Mechanics and its Applications, Kluwer Academic Publisher, Dordrecht.
• 11. FRISCHMUTH K., 1996, On the Numerical Solution of Rail-Wheel Contact Problems, J. Theoretical and Applied Mechanics, 34, 1, 7-15.
• 12. FRISCHMUTH K., 1997, Rail-Wheel Contact, Dynamical Simulation and Damage, In: W. Kosiński, R. de Boer, D. Gross (Edit.), Problems of Environmental and Damage Mechanics, IPPT PAN, Warszawa, 149-156.
• 13. FRISCHMUTH K., LANGEMANN D., 1998, Numerical Analysis of Long-Term Wear Models, Machine Dynamics Problems, 20, 113-122.
• 14. FRISCHMUTH K., 2000, On the Temporal Evolution of Wear Profiles, In: Z. Strzyżakowski and P. Lesiak (Edit.), Proceedings of the 4th TransComp Conference, Zakopane.
• 15. KAAS-PETERSEN CH., 1986, Chaos in a Railway Bogie, Acta Mechanica, 61, 89-107.
• 16. KIK W., PIOTROWSKI J., 1996, A Fast, Approximate Method to Calculate Normal Load at Contact Between Wheel and Rail and Creep Forces During Rolling, in: I. Zobory (Edit.) Proc. ofthe 2nd MiniConference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems, 52-61, TU Budapest.
• 17. LANGEMANN D., 1999, Numerische Analyse abrasiv verschleißender Mechanischer Systeme, Fortschritt-Berichte 12.392, VDI-Verlag Duüsseldorf.
• 18. MEINKE P., 2000, Über das Entgleisen von Radsötzen, In: K. Frischmuth (Edit.), Proceedings of the 7th Workshop on Dynamics of Rail/Wheel Dynamics, Rostock.
• 19. SIMEON B., FÜHRER C., RENTROP P., 1991, Differential-Algebraic Equations in Vehicle System Dynamics, Surveys on Mathematics for Industry, 1, 1-37.
• 20. SETHIAN J.A., 1996, Level Set Methods, Cambridge University Press, Cambridge.
• 21. TRUE H., 1993, Dynamics of a Rolling Wheelset, Applied Mechanics Reviews, 46, 7.