Die Entwicklung einer leichten, energiesparenden und gleichzeitig sicheren Konstruktion ist eine der größten Herausforderungen bei der Auslegung von Schienenfahrzeugdrehgestellen. Für die Dimensionierung und den Festigkeitsnachweis werden Lastannahmen benötigt, welche den im Einsatz auftretenden Belastungen möglichst gut entsprechen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde eine Methodik zur Berechnung repräsentativer einsatzabhängiger Lastannahmen mittels Mehrkörpersimulation entwickelt.
Für die Durchführung der Simulationen werden repräsentative Szenarien benötigt, welche entweder aus Messdaten einer Betriebsmessung oder synthetisch erstellt werden können. Für Ersteres wurde eine neue Methode zur Ermittlung der Trassierung aus gemessenen Verläufen von Krümmung und Überhöhung entwickelt, die Gleislagefehler aus den gemessenen Radsatzlagerbeschleunigungen berechnet und die Fahrzustandsverläufe zwecks Durchführbarkeit der Simulationen angepasst. Das Vorgehen wurde unter Verwendung der Betriebsmessung eines Referenzfahrzeugs angewendet und die ermittelten Belastungen aus Simulation mit der Betriebsmessung verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich auf Basis von Szenarien aus Messdaten die Belastungen des Drehgestells mit hoher Qualität ermitteln lassen.
Oftmals sind in der Entwicklungsphase die benötigten Messdaten nicht vorhanden. In diesem Fall müssen synthetische Szenarien verwendet werden, welche die späteren Einsatzbedingungen möglichst gut abbilden. Hierzu ist es notwendig, den Einfluss der Einsatzparameter auf die Belastungen zu kennen. Zu diesem Zweck wurden mittels simulationsbasierter Sensitivitätsanalyse die wichtigsten Einsatzparameter der Gruppen Trassierung, Fahrzustände und Gleislagefehler bestimmt.
Hierauf aufbauend wurde ein Vorgehen zur Generierung repräsentativer synthetischer Szenarien auf Basis statistischer Verteilungen erarbeitet. Statistische Verteilungen von Einsatzparametern sind häufiger verfügbar und können an veränderte Einsatzbedingungen angepasst werden. Die zur Validierung durchgeführten Simulationen zeigen, dass die Methodik ebenfalls eine Ermittlung von Belastungen des Drehgestells mit hoher Qualität ermöglicht.
Insgesamt schaffen die entwickelten Verfahren die Voraussetzung zur Berechnung repräsentativer einsatzabhängiger Lastannahmen. Dies bewirkt eine Zunahme an Sicherheit im Entwicklungsprozess, erlaubt die kundenabhängige Optimierung von Konstruktionen und ermöglicht die Entwicklung innovativer Schienenfahrzeugdrehgestelle.