Title: Entwicklung von Routinen zum automatisierten Abgleich zwischen FE-Berechnungs- und Prüfstandsergebnissen von Drehgestellrahmen bei Schwingversuchen nach EN 13749
Other Titles: Development of routines for the automatic validation of finite element results with respect to laboratory tests of railway bogie frame structures in fatigue testing based on EN 13749
Language: Deutsch
Authors: Kessler, Philipp 
Qualification level: Diploma
Advisor: Starlinger, Alois 
Issue Date: 2021
Number of Pages: 113
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Die vorliegende Diplomarbeit basiert auf der Festigkeitsbewertung von Drehgestellrahmen im Schienenfahrzeugbereich und ist in Kooperation mit dem schweizerischen Schienenfahrzeughersteller Stadler Rail durchgeführt worden. Im Rahmen des Nachweisprogrammes von Drehgestellrahmen sind Strukturberechnungen via Finite Elemente Analysen, statische Tests, Schwingversuche als auch Streckenversuche erforderlich, um die strukturelle Integrität des Drehgestellrahmens über die Lebensdauer nachzuweisen. Dabei sind auch die Rechenmodelle mit den Versuchen zu validieren. Im Rahmen der Strukturberechnungen werden Nachweise für aussergewöhnliche Lasten als auch die Ermüdungsfestigkeitsnachweise durchgeführt. Die dafür eingesetzten Konzepte zur Ermittlung der auftretenden Spannungen bei geschweißten Konstruktionen werden beschrieben. Des Weiteren wird neben den rechnerischen Festigkeitsnachweisen auch Bezug auf die experimentellen Nachweise genommen, deren Ergebnisse für die Validierung des Finite Elemente (FE) Modells grundlegend sind. Für die Versuche werden Dehnmessstreifen (DMS) am Prüfrahmen appliziert, die lokale Dehnungen für das Versuchsbelastungskollektiv liefern.Im Zuge der Diplomarbeit sind zwei Programmroutinen mit der objektorientierten Programmiersprache Python entwickelt worden, die im Rahmen der statischen Festigkeitsbewertung von Drehgestellrahmen eingesetzt werden. Die erste Programmroutine dient zur Aufbereitung der durch die DMS aufgezeichneten Rohdaten, die es auf Basis eines charakteristischen Triggersignals in den jeweiligen Zeitintervallen in automatisierter Form zu mitteln gilt. Die zweite Programmroutine beschäftigt sich mit dem teilautomatisierten Abgleich zwischen den Prüfstands- und Berechnungsergebnissen, der für die Validierung des FE-Modells sowie der Erhöhung des Vertrauensniveaus in die numerische FE-Berechnung dient. Die entwickelten Routinen führen neben einer Reduktion der menschlichen Fehlerquellen auch zu einer Minimierung des erforderlichen Zeitaufwands für die Evaluation und Validierung der Rechenmodelle.Die Anwendung an einem kompletten Drehgestellrahmen zeigt, dass die Routinen für den Einsatz im Nachweisprogramm tauglich sind. Die Effizienz der Validierung wird erheblich verbessert.

This diploma thesis is based on the strength calculation of bogies in the railway sector and has been conducted in cooperation with the rolling stock manufacturer Stadler Rail. For the validation program of bogies structural calculations via Finite Element Analysis, static tests, fatigue tests and also on-track tests are necessary to validate the structural integrity of the bogie over the whole life time. In order to increase the level of confidence in these calculations, laboratory tests are performed. Analyses based on the Finite Element Methods are performed for the exceptional loads as well as for loads in normal operation. The different approaches which are usually used to determine the stresses induced in welded structures are described. Besides the structural calculations also the laboratory tests are performed to validate the Finite Element model. For this validation strain gauges have to be applicated at different positions on the bogie. The strains determined in the calculation are compared with the data from the test bench.In order to facilitate the evaluation process in structural design two routines have been developed to support the static analysis of bogies. The object-oriented programming language Python has been used. The first routine helps to process the raw data of the strain gauges. In this case the algorithm samples a characteristic value, the so called “trigger signal”, in order to reference the data in an automated way. The second routine is developed to compare the results from the test bench with the calculated values in a semi-automatic routine. The results from the tests are used to verify the static strength requirements, the simulation model as well as the test bench setup for the dynamic laboratory tests. These routines aim at reducing any sources of human error and help to minimize the required time for the evaluation and validation of the Finite Element model.As a consequence, the application of these two routines in a real-life project of a bogie shows that the routines deliver satisfactory results, and that the speed and efficiency of validation is significantly improved.
Keywords: Schienenfahrzeuge; Drehgestellrahmen; Prüfstandversuche; Validierung; Ermüdungsbewertung
Railway Vehcles; bodie frames; laboratory testing; validation; fatigue assessment
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2021.80505
http://hdl.handle.net/20.500.12708/17113
DOI: 10.34726/hss.2021.80505
Library ID: AC16172598
Organisation: E317 - Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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