Mit der Renaissance des Schienenverkehrs hat das Spezialgebiet "Schienenfahrzeugdynamik" an Bedeutung gewonnen. Auf entsprechendes Interesse wird das erste Buch im deutschsprachigen Raum stoßen, das hier seinen Schwerpunkt hat. Obwohl es auf der Vorlesung "Schienenfahrzeugdynamik" an der TU Berlin basiert und Vorkenntnisse bezüglich Mechanik, Schwingungslehre und angewandter Mathematik voraussetzt, spricht es auch den Praktiker an. Das Buch behandelt die Vertikaldynamik bis hin zu Komfortbetrachtungen und die Lateraldynamik so weit, daß dem Leser ein Verständnis der Stabilität von…mehr
Mit der Renaissance des Schienenverkehrs hat das Spezialgebiet "Schienenfahrzeugdynamik" an Bedeutung gewonnen. Auf entsprechendes Interesse wird das erste Buch im deutschsprachigen Raum stoßen, das hier seinen Schwerpunkt hat. Obwohl es auf der Vorlesung "Schienenfahrzeugdynamik" an der TU Berlin basiert und Vorkenntnisse bezüglich Mechanik, Schwingungslehre und angewandter Mathematik voraussetzt, spricht es auch den Praktiker an.
Das Buch behandelt die Vertikaldynamik bis hin zu Komfortbetrachtungen und die Lateraldynamik so weit, daß dem Leser ein Verständnis der Stabilität von Schienenfahrzeugen möglich ist. Den Vorgängen im Kontakt Rad/Schiene wird besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Es enthält die jüngsten Erkenntnisse aus Forschung und Bahnpraxis. Die Autoren gehen detailliert auf die spezielle Terminologie der Schienenfahrzeugdynamik und benachbarter Fachgebiete ein.
Professor Klaus Knothe, 1937 in Breslau geboren, studierte von 1956 bis 1963 an den Technischen Hochschulen in München und Darmstadt (Abschluss Dipl.-Ing., Fachrichtung Mathematik). Er war anschließend Assistent für Mechanik und Konstruktionsberechnung an der TU Berlin.
Inhaltsangabe
1. Einleitung.- 1.1 Grundlegende Aufgaben des Rad/Schiene-Systems.- 1.2 Bedeutung der Dynamik für den Betrieb von Schienenfahrzeugen.- 1.3 Zur Geschichte der bahntechnischen Forschung seit 1800.- 1.4 Bahntechnische Industrie in Europa.- 1.5 Übersicht über das Buch.- 2. Modellierung von Fahrzeug, Gleis und Anregung.- 2.1 Vorüberlegungen und Koordinatensysteme.- 2.2 Fahrzeugmodellierung.- 2.3 Modellierung des Gleises und der Anregung.- 3. Modellierung des Rad/Schiene-Kontaktes.- 3.1 Profilgeometrie.- 3.2 Kinematik des Kontakts von Rad und Schiene.- 3.3 Normalkontaktmechanik.- 3.4 Tangentialkontaktmechanik.- 4. Vertikaldynamik. Bewegungsgleichungen und freie Schwingungen.- 4.1 Bezeichnungen und Annahmen.- 4.2 Bewegungsdifferentialgleichungen mit Impuls und Drallsatz.- 4.3 Prinzip der virtuellen Verrückungen für Starrkörpersysteme.- 4.4 Aufstellen der Bewegungsgleichungen mit dem Prinzip.- 4.5 Bewegungsgleichungen für elastische Wagenkästen.- 4.6 Lösung für freie Schwingungen.- 4.7 Übungsaufgaben zu Kapitel 4.- 5. Erzwungene Vertikalschwingungen, Frequenzbereichslösung.- 5.1 Komplexe Schreibweise.- 5.2 Vertikalschwingungen beim Abrollen über ein Cosinusgleis.- 5.3 Fahrzeug auf allgemein periodischem Gleis.- 5.4 Lösung für ein Fahrzeug mit elastischem Wagen.- 5.5 Aufgaben zu Kapitel 5.- 6. Regellose Schwingungen.- 6.1 Charakterisierung einer unregelmäßigen Fahrbahn.- 6.2 Ermittlung der Fahrzeugantwort bei regelloser Gleisanregung.- 6.3 Spektrale Leistungsdichten von Gleislagefehlern.- 6.4 Wegkreisfrequenzen und Zeitkreisfrequenzen.- 6.5 Bedeutung des Antwortleistungsspektrums.- 7. Schwingungseinwirkungen auf den Menschen - Komfortbeurteilung.- 7.1 Wertungsziffer nach Sperling.- 7.2 ISO 2631.- 7.3 CEN Norm ENV 12299.- 7.4 Abschlussbemerkungen.- 7.5 Übungsaufgaben zu Kapitel 7.- 8. Einführung in die Lateraldynamik.- 8.1 Vorbemerkung.- 8.2 Sinuslauf und Klingelformel.- 8.3 Voraussetzungen und Annahmen bei der Ableitung der KlingelFormel.- 8.4 Bestimmung der wirksamen Konizität mit Gleichung (8.13).- 9. Bewegungsgleichungen für die Lateraldynamik.- 9.1 Prinzip für einen gefesselten Radsatz.- 9.2 Übungsaufgaben zu Kapitel 9.- 10. Laterales Eigenverhalten eines Radsatzes.- 10.1 Ermittlung von Eigenwerten und Eigenvektoren.- 10.2 Wurzelortskurven.- 10.3 Näherungslösung für niedrige Geschwindigkeiten.- 10.4 Stabilitätsuntersuchung mit Beiwertbedingung oder HurwitzKriterium.- 10.5 Kritische Geschwindigkeit eines Einzelradsatzes.- 10.6 Interpretation der Stabilitätsgrenzbedingung des Einzelradsatzes.- 10.7 Übungsaufgaben zu Kapitel 10.- 11. Laterales Eigenverhalten und Stabilität von Drehgestellen.- 11.1 Nummerische Ermittlung der Eigenwerte und der Grenzgeschwindigkeit.- 11.2 Analytische Näherungslösungen bei Drehgestellen.- 11.3 Übungsaufgaben zu Kapitel 11.- 12. Stabilität von Drehgestell-Fahrzeugen.- 12.1 Stabilität eines aus zwei Wagen bestehenden Zuges.- 12.2 Stabilität eines Drehgestellfahrzeugs.- 12.3 Anregungen zur Weiterarbeit zu Kapitel 12.- 13. Nichtlineare Stabilitätsuntersuchungen.- 13.1 Vorbemerkung.- 13.2 Nichtlineare kritische Geschwindigkeit.- 13.3 Verfahren von Urabe und Reiter.- 13.4 Methode der Quasilinearisierung.- 13.5 Grenzen der Fourierzerlegung.- 13.6 Nichtlineare Stabilitätsberechnung im Zeitbereich.- 13.7 Anregungen zur Weiterarbeit zu Kapitel 13.- 14. Quasistatischer Bogenlauf.- 14.1 Historische Vorbemerkung.- 14.2 Allgemeine Anmerkungen.- 14.3 Bogenlauf eines Radsatzes.- 14.4 Radsatz im mitgeführten Rahmen.- 14.5 Bogenlauf von Drehgestellen und ganzen Fahrzeugen.- 14.6 Verschleißberechnung im Rad-Schiene Kontakt.- 14.7 Übungsaufgaben zu Kapitel 14.- 15. Beanspruchungsermittlung von Fahrzeugkomponenten.- 15.1 Einleitung.- 15.2 Prinzipielle Vorgehensweise.- 15.3 Spannungsberechnung im Bauteil.- 15.4 Ermittlung von Beanspruchungskollektiven.- 15.5 Schadensakkumulation - Festigkeitsnachweis.- 15.6 Übungsaufgaben zu Kap. 15.- 16. Anhang.- 16.1 Formelzeichen.- 16.2 Koordinatensysteme.- 16.3 Grundlagen der Kontaktmechanik.- Funktion ? für die Lösung nach Vermeulen-Johnson.- 16.5 Grundgleichungen der vereinfachten Rollkontakttheorie.- 16.6 Stabilitätsbedingungen charakteristischer Gleichungen mit dem Hurwitz-Kriterium.- 16.7 vcrit mit Nebendiagonalgliedern der Dämpfungsmatrix.- 17. Literaturverzeichnis.
1. Einleitung.- 1.1 Grundlegende Aufgaben des Rad/Schiene-Systems.- 1.2 Bedeutung der Dynamik für den Betrieb von Schienenfahrzeugen.- 1.3 Zur Geschichte der bahntechnischen Forschung seit 1800.- 1.4 Bahntechnische Industrie in Europa.- 1.5 Übersicht über das Buch.- 2. Modellierung von Fahrzeug, Gleis und Anregung.- 2.1 Vorüberlegungen und Koordinatensysteme.- 2.2 Fahrzeugmodellierung.- 2.3 Modellierung des Gleises und der Anregung.- 3. Modellierung des Rad/Schiene-Kontaktes.- 3.1 Profilgeometrie.- 3.2 Kinematik des Kontakts von Rad und Schiene.- 3.3 Normalkontaktmechanik.- 3.4 Tangentialkontaktmechanik.- 4. Vertikaldynamik. Bewegungsgleichungen und freie Schwingungen.- 4.1 Bezeichnungen und Annahmen.- 4.2 Bewegungsdifferentialgleichungen mit Impuls und Drallsatz.- 4.3 Prinzip der virtuellen Verrückungen für Starrkörpersysteme.- 4.4 Aufstellen der Bewegungsgleichungen mit dem Prinzip.- 4.5 Bewegungsgleichungen für elastische Wagenkästen.- 4.6 Lösung für freie Schwingungen.- 4.7 Übungsaufgaben zu Kapitel 4.- 5. Erzwungene Vertikalschwingungen, Frequenzbereichslösung.- 5.1 Komplexe Schreibweise.- 5.2 Vertikalschwingungen beim Abrollen über ein Cosinusgleis.- 5.3 Fahrzeug auf allgemein periodischem Gleis.- 5.4 Lösung für ein Fahrzeug mit elastischem Wagen.- 5.5 Aufgaben zu Kapitel 5.- 6. Regellose Schwingungen.- 6.1 Charakterisierung einer unregelmäßigen Fahrbahn.- 6.2 Ermittlung der Fahrzeugantwort bei regelloser Gleisanregung.- 6.3 Spektrale Leistungsdichten von Gleislagefehlern.- 6.4 Wegkreisfrequenzen und Zeitkreisfrequenzen.- 6.5 Bedeutung des Antwortleistungsspektrums.- 7. Schwingungseinwirkungen auf den Menschen - Komfortbeurteilung.- 7.1 Wertungsziffer nach Sperling.- 7.2 ISO 2631.- 7.3 CEN Norm ENV 12299.- 7.4 Abschlussbemerkungen.- 7.5 Übungsaufgaben zu Kapitel 7.- 8. Einführung in die Lateraldynamik.- 8.1 Vorbemerkung.- 8.2 Sinuslauf und Klingelformel.- 8.3 Voraussetzungen und Annahmen bei der Ableitung der KlingelFormel.- 8.4 Bestimmung der wirksamen Konizität mit Gleichung (8.13).- 9. Bewegungsgleichungen für die Lateraldynamik.- 9.1 Prinzip für einen gefesselten Radsatz.- 9.2 Übungsaufgaben zu Kapitel 9.- 10. Laterales Eigenverhalten eines Radsatzes.- 10.1 Ermittlung von Eigenwerten und Eigenvektoren.- 10.2 Wurzelortskurven.- 10.3 Näherungslösung für niedrige Geschwindigkeiten.- 10.4 Stabilitätsuntersuchung mit Beiwertbedingung oder HurwitzKriterium.- 10.5 Kritische Geschwindigkeit eines Einzelradsatzes.- 10.6 Interpretation der Stabilitätsgrenzbedingung des Einzelradsatzes.- 10.7 Übungsaufgaben zu Kapitel 10.- 11. Laterales Eigenverhalten und Stabilität von Drehgestellen.- 11.1 Nummerische Ermittlung der Eigenwerte und der Grenzgeschwindigkeit.- 11.2 Analytische Näherungslösungen bei Drehgestellen.- 11.3 Übungsaufgaben zu Kapitel 11.- 12. Stabilität von Drehgestell-Fahrzeugen.- 12.1 Stabilität eines aus zwei Wagen bestehenden Zuges.- 12.2 Stabilität eines Drehgestellfahrzeugs.- 12.3 Anregungen zur Weiterarbeit zu Kapitel 12.- 13. Nichtlineare Stabilitätsuntersuchungen.- 13.1 Vorbemerkung.- 13.2 Nichtlineare kritische Geschwindigkeit.- 13.3 Verfahren von Urabe und Reiter.- 13.4 Methode der Quasilinearisierung.- 13.5 Grenzen der Fourierzerlegung.- 13.6 Nichtlineare Stabilitätsberechnung im Zeitbereich.- 13.7 Anregungen zur Weiterarbeit zu Kapitel 13.- 14. Quasistatischer Bogenlauf.- 14.1 Historische Vorbemerkung.- 14.2 Allgemeine Anmerkungen.- 14.3 Bogenlauf eines Radsatzes.- 14.4 Radsatz im mitgeführten Rahmen.- 14.5 Bogenlauf von Drehgestellen und ganzen Fahrzeugen.- 14.6 Verschleißberechnung im Rad-Schiene Kontakt.- 14.7 Übungsaufgaben zu Kapitel 14.- 15. Beanspruchungsermittlung von Fahrzeugkomponenten.- 15.1 Einleitung.- 15.2 Prinzipielle Vorgehensweise.- 15.3 Spannungsberechnung im Bauteil.- 15.4 Ermittlung von Beanspruchungskollektiven.- 15.5 Schadensakkumulation - Festigkeitsnachweis.- 15.6 Übungsaufgaben zu Kap. 15.- 16. Anhang.- 16.1 Formelzeichen.- 16.2 Koordinatensysteme.- 16.3 Grundlagen der Kontaktmechanik.- Funktion ? für die Lösung nach Vermeulen-Johnson.- 16.5 Grundgleichungen der vereinfachten Rollkontakttheorie.- 16.6 Stabilitätsbedingungen charakteristischer Gleichungen mit dem Hurwitz-Kriterium.- 16.7 vcrit mit Nebendiagonalgliedern der Dämpfungsmatrix.- 17. Literaturverzeichnis.
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