Technische Universität BerlinFakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme - Institut für Mechanik

FG Systemdynamik

und ReibungsphysikDr.-Ing. M. Heÿ

www.friction-physics.de

Einführung in die Fahrzeugdynamik: Dynamik von Schienenfahrzeugen

Fragenkatalog

Dieser Fragenkatalog dient als Hilfe zur Vorbereitung auf die mündliche Prüfung. In der Prüfung werden jedochnicht genau diese Fragen gestellt und der Prüfungssto� beschränkt sich auch nicht zwingend auf diesen Fragen-katalog. Der Katalog soll eine Hilfestellung zur Themenübersicht und zum Nacharbeiten des Sto�es sein. Es istnicht sinnvoll, zur Vorbereitung auf die Prüfung vorgefertigte Antworten auf die Fragen auswendig zu lernen.

Modellbildung und Systemkomponenten

1. Welche einfachen Fahrzeugmodelle gibt es? Was sind Vor- und Nachteile der einzelnen Modelle?

2. Nennen Sie einige Koppelelemente bei Schienenfahrzeugen und Beispiele zur Modellierung. Wie könnenLinearisierungen nicht-linearer Elemente aussehen?

3. Welche charakteristischen Eigenschaften haben Gummielemente? Wo treten Sie bei Schienenfahrzeugenauf? Welche Möglichkeiten zur Modellierung kennen Sie?

4. Welche Vor- und Nachteile haben Blattfedern? Welche Möglichkeiten zur Modellierung kennen Sie?

Mehrkörperdynamik

5. Geben Sie ein Beispiel für ein Mehr(starr-)körpermodell eines Schienenfahrzeugs. Wie viele und welcheFreiheitsgrade hat es?

6. Was sind die Freiheitsgrade des 3D-Modells eines Wagenkastens mit zwei Drehgestellen und vier Radsät-zen? Wie kann man diese Zahl reduzieren?

7. Wie berechnet man die Eigenfrequenzen und -formen eines Mehrkörpersystems?

8. Skizzieren Sie die Eigenformen eines Wagenkastens mit zwei Radsätzen im 2D (5FHG�Modell).

Vertikaldynamik und Komfort

9. Warum werden Vertikal- und Lateraldynamik getrennt voneinander behandelt? Wie ist dieses Vorgehenzu rechtfertigen?

10. Wie sieht die Di�erentialgleichung für die Vertikalschwingung eines Wagens mit einer Achse und einerFeder-Dämpferstufe aus (Ein-Massen-Schwinger)? Was ändert sich, wenn der Untergrund nicht eben ist?

11. Wie wirken sich Fahrwegfehler auf die Vertikalschwingungen aus?

12. Von welcher Art können Fahrwegfehler sein? Wie kann man sie beschreiben?

13. Beschreiben Sie, wie bei bekannten räumlichen Gleislagefehlern das zeitliche Verhalten des überfahrendenFahrzeugmodells bestimmt werden kann.

14. Was ist die spektrale Leistungsdichte? Wie kann man sie berechnen?

15. Wie sehen qualitativ die Schwingungsamplituden in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz bei harmo-nischer Fuÿpunktanregung aus?

� bei einem Einmassenschwinger mit und ohne Dämpfung

� bei einem Zweimassenschwinger mit und ohne Dämpfung

16. Wie sehen die Beschleunigungsamplituden in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz bei einem Einmas-senschwinger mit harmonischer Fuÿpunktanregung aus? Welchen Ein�uss hat die Dämpfung?

17. Wovon hängt das menschliche Komfortemp�nden ab? Wie kann man Komfort bewerten?

18. Welche Faktoren werden bei der Berechnung der Wertungszi�er nach Sperling berücksichtigt, welche nicht?

19. Welche Frequenzen sind besonders kritisch und weshalb? Wie wird das in der Berechnung berücksichtigt?

Rad�Schiene�Kontakt

20. Was ist ein Rollradius? Wie hängt der Rollradius mit der Querverschiebung des Radsatzes zusammen?

21. Was ist die e�ektive Konizität? Was ist der Kontaktwinkel? Welchen Wert haben die Gröÿen bei einemkonischen Pro�l?

22. Wozu werden Linearkoe�zienten eingeführt?

23. Was ist die sog. Gravitationsstei�gkeit?

24. Was ist der Sinuslauf? Welche Gröÿen gehen in die Klingelfrequenz bzw. die Wellenlänge ein?

25. Was ist der einfachste Weg, die Gröÿe des Kontaktgebiets zwischen Rad und Schiene abzuschätzen?

26. Wie sehen echte Kontakt�ächen des Kontaktes zwischen Rad und Schiene aus?

27. Wie hängen Normalkraft und Eindrucktiefe zusammen (Hertz-Kontakt)? Was ist die linearisierte Kon-taktstei�gkeit?

28. Wie sieht qualitativ die Druckverteilung im Hertzschen Normalkontakt aus? Wie die Tangentialspannungs-verteilung beim Abrollen?

29. Was ist Schlupf? Warum kommt es zu Schlupf? Erklären Sie Schlupf anhand eines Modells (Rad mitgekoppelten Klötzchen / Borstenmodell / ...).

30. Wann kommt es beim Schienenfahrzeug zu Schlupf? Welche Typen von Schlupf treten auf?

31. Was ist Bohrschlupf? Wie erklärt sich das Auftreten von Bohrschlupf im Rad�Schiene�Kontakt?

32. Für welche Gröÿenordnung des Schlupfes hat man bereits vollständiges Gleiten im Rad�Schiene�Kontakt?

33. Was ist eine Kraftschlusskurve? Wie sieht sie qualitativ aus? Was erhält man nach Linearisierung?

34. Was sind die Kalker-Koe�zienten? Welche Gröÿen verknüpfen sie?

Lateraldynamik

35. Welche Kräfte wirken auf einen Radsatz, wenn er an ein Drehgestell gefesselt ist?

36. Welche Schritte sind durchzuführen, wenn man ein schwingungsfähiges System auf (lineare) Stabilitätuntersuchen will?

37. Was ist das Hurwitz-Kriterium?

38. Was bezeichnet man als kritische Geschwindigkeit und wie wird sie berechnet?

39. Wovon hängt die Stabilität eines Radsatzes bzw. eines Drehgestells mit zwei Radsätzen ab? Wie kannman die Stabilität erhöhen?

40. Was sind Wurzelortskurven? Wie sehen diese für einen gefesselten einzelnen Radsatz qualitativ aus?

41. Welches sind die zwei dominanten Schwingungsformen eines Drehgestells (unter Vernachlässigung derRahmenträgheit)?

42. Was spricht gegen eine sehr hohe Längsstei�gkeit zum Erhöhen der Stabilität?

43. Wie kann eine sehr hohe Schubstei�gkeit erreicht werden?

Bogenlauf

44. Was ist quasistatischer Bogenlauf? Welche Annahmen werden getro�en?

45. Wie berechnet man die maximale Geschwindigkeit, mit der ein Bogen, der eine Überhöhung aufweist,durchfahren werden kann? Welche Parameter spielen hier eine Rolle?

46. Was ist die Rolllinie? Wie kann man sie berechnen und welche Folgerungen ergeben sich daraus?

47. Welche Eigenschaften müssen Rahmen, Radsätze und Federungen aufweisen, damit das Kurvenverhaltengut ist? Was bedeutet gutes Kurvenverhalten?