Reliability based analysis of the crosswind stability of railway vehicles

Die Seitenwindstabilität spielt heutzutage eine entscheidende Rolle im Zulassungsverfahren von Schienenfahrzeugen und wird oft zur zentralen Randbedingung im Entwurfsprozess. In vielen Ländern, einschließlich Deutschland, basiert der Sicherheitsnachweis auf der numerischen Simulation des Fahrverhaltens unter ausgewählten Randbedingungen und enthält sowohl die fahrdynamischen und aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs als auch die zu erwartenden Windverhältnisse. Die Güte des Nachweises hängt deshalb von der Genauigkeit der verfügbaren Berechnungsmodelle ab. In dieser Hinsicht ist eine große Diskrepanz festzustellen: mittels der Mehrkörperdynamik ist es einerseits möglich, bei bekannten Randbedingungen das Verhalten des fahrenden Fahrzeugs sehr genau zu ermitteln; andererseits können die auf das Fahrzeug wirkenden aerodynamischen Lasten, die von der aerodynamischen Gestaltung des Fahrzeugs und dem Windszenario abhängen, nur grob geschätzt werden. Die Ursache liegt in der Komplexität der Strömung um das Fahrzeug und dem stochastischen Charakter des atmosphärischen Windes, die die Erstellung von Modellen und die Ermittlung der Werte der Systemparameter erschweren. In den Normen zur Seitenwindstabilität bleiben solche parametrischen Unsicherheiten grundsätzlich unberücksichtigt bzw. sie werden mit empirischen Sicherheitsfaktoren behandelt. In dieser Arbeit werden zunächst Verbesserungen in der Modellierung erarbeitet, sowohl auf der aerodynamischen als auch der fahrzeugdynamischen Seite. Es ergibt sich, dass im ersteren Fall komplexe Modelle unbedingt notwendig sind, um z.B. instationäre aerodynamische Vorgänge abzubilden, während im letzteren Fall einfachere Modelle als die üblichen kompletten Mehrkörpermodelle ausreichend wären und zum Beispiel die Anwendung der linearen Systemanalyse erlauben würden. Um die parametrischen Unsicherheiten in den Sicherheitsnachweis einzubeziehen, wird dann in dieser Arbeit die konventionelle Risikoanalyse mit Methoden aus der Zuverlässigkeitsanalyse gekoppelt. Solche Methoden, die in verschiedenen Formulierungen verfügbar sind und breite Anwendung in der Strukturmechanik finden, führen zur Quantifizierung des Risikos und erlauben deshalb letztendlich eine Reduktion der notwendigen Sicherheitsfaktoren. Dabei wird vorausgesetzt, dass eine statistische Beschreibung der Unsicherheiten gegeben ist. Obwohl die Erfüllung dieser Bedingung eine große Herausforderung darstellt, können wertvolle Aussagen auch bei minimaler verfügbarer Information gemacht werden. Darüber hinaus werden Sensitivitätsanalyse und Optimierung entsprechend dem vorgestellten Ansatzes formuliert und erweitert, um die Anwendung der Zuverlässigkeitsanalyse nicht nur im Nachweis- sondern auch im Entwurfsprozess zu ermöglichen. Die vorgestellten Methoden werden auf den realistischen Fall eines Hochgeschwindigkeitszugs angewandt.

Author dc:creator

• Carrarini, Antonio

Advisor dc:contributor.advisor

• Hecht, Markus

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-12997
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1372

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/1669