Das Gesamtsystem Messdaten - Simulation - Verifizierung ist in diesem Bild dargestellt. Um die umfangreichen Daten des Oberbaumesswagens in technischen Simulationen einsetzen zu können, müssen diese zuerst bearbeitet werden. Im Auftrag der Österreichischen Bundesbahnen entstand im Büro für angewandte Mechanik und Mathematik (BAMM) das Programmsystem SIMULAT, das speziell für die Schienenfahrzeugdynamik entwickelt wurde. Durch eine Zweiteilung der Problemstellung in ein Einzelfahrzeug- und ein Zugsimulationsprogramm wurde es möglich, ein leistungsfähiges Werkzeug auch für den PC-Einsatz zu schaffen. Besonderes Augenmerk wurde bei der Modellbildung auf eine exakte mathematische Beschreibung aller wesentlichen Elemente gelegt.
Als Einzelprogramme werden in einem Pre- und Postprocessing verwendet:
Das Fahrzeugmodell für das Einzelfahrzeugprogramm besteht aus Starrkörpern mit elastischen Bindungen. Es ist modular aufgebaut, wobei aus verschiedenen vordefinierten Fahrzeugtypen gewählt werden kann. Die für die Laufeigenschaften wesentlichen Kontaktkräfte wurden unter Berücksichtigung des Zusammenspiels der profilierten Räder und der Form des Schienenkopfes genau modelliert. In Richtung der Berührnormalen werden die Kräfte mit der Hertz'schen Theorie, in der Berührebene mit der nichtlinearen Kalker'schen Theorie mit Schlupfkraftsättigung berechnet.
Die gemessenen Daten der Gleislage werden in zwei Anteile zerlegt: der eine kann der Gleistrassierung zugeordnet werden, der Rest charakterisiert die Gleislagefehler. Im Simulationsprogramm wird das Gleis als Streifen durch seine dreidimensionale Leitkurve - der Mittellinie - und durch die Gleisebene in jedem Punkt der Leitkurve festgelegt. Unabhängig vom Simulationsanteil können daher im Programm beliebige Streckenverläufe sowohl im Grundriss als auch im Höhenbild verwirklicht werden. Als Grundrisselemente stehen Gerade, Kreis und als Übergangsbögen Klothoiden-, Parabel-, Bloss'scher, Japanischer und ein neu entwickelter Bogentyp mit stetigem Krümmungsverlauf zur Auswahl.
Die anschließende Zeitschrittintegration der Bewegungsgleichungen wird im Batchbetrieb durchgeführt. Der Integrator kann sowohl mit konstanter als auch mit automatischen Schrittweiten rechnen. Es sind verschiedene explizite bewährte Runge-Kutta-Verfahren implementiert.
Am Ende der Berechnungen steht die Validierung aller beschriebenen Schritte, d.h. der Vergleich zwischen dem Simulationsergebnis und den gemessenen Fahrzeugreaktionen (Bewegungen, Radkräfte).
Speziell für die Bahnverwaltungen mit einem hohen Anteil an Gebirgsstrecken stellen sich in Bezug auf die Längsdynamik von Eisenbahnzügen folgende Fragen:
In diesem Beispiel wird die Bremsleitung innerhalb von 20 s vollständig geöffnet, so dass auch die vorderen Waggons 20 s benötigen, um ihre vollständige Bremskraft zu entwickeln. Die Generatorbremsen der Lokomotiven werden ebenfalls langsam aktiviert, Aktivierungszeit 9 s. Die Tatsache, dass die hinteren Waggons noch später bremsen, fällt nicht so stark ins Gewicht. Der Bremsweg verlängert sich allerdings gegenüber der Vollbremsung um 60 m.
Bei der Güterzugbremsung des Zugverbandes mit Mittellok entstehen im Mittelteil des Zuges hohe Längsdruckkräfte, die wesentlich höher sind als die Nachschiebekraft bei Nachschiebebetrieb. Selbst bei sehr langsamer Abbremsung und unter Inkaufnahme eines längeren Bremsweges lassen sich Spitzenwerte der dynamischen Längsdruckkräfte nicht ausreichend senken.
SIMULATGLATTKONTRACKDYNQUICONDATENAUSWERTUNGSIMOOR
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