Ein Diskrete-Elemente-Modell des Hochdruck-Torsionstests zur Bewertung des Einflusses der Partikeleigenschaften an der Schnittstelle

Zusammenfassung Sandpartikel werden seit den frühen Tagen der Eisenbahnindustrie verwendet, um die Haftung am Rad-Schiene-Kontakt zu erhöhen. Es gibt jedoch ein begrenztes Verständnis dafür, wie die Eigenschaften von Sandpartikeln die tribologischen Eigenschaften des Rad-Schiene-Kontakts beeinflussen. In dieser Arbeit wird der Hochdruck-Torsionstest, der als Kleinskalensimulation der Schnittstelle verwendet wird, numerisch mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) modelliert. Das DEM-Modell wird dann genutzt, um den Einfluss verschiedener Partikeleigenschaften auf die Reibungsleistung des Rad-Schiene-Kontakts zu untersuchen, was mehr Einblick in mikromechanische Beobachtungen geben kann. Die Auswirkungen verschiedener Partikeleigenschaften, einschließlich ihrer Größe, ihrer Anzahl, der Anzahl der Fragmente, in die die Partikel zerbrechen, und der Parameter, die das Verhalten der Bindungen zwischen den Partikelfragmenten definieren, auf den Reibungskoeffizienten (COT) werden systematisch untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass bei trockenen Kontakten der Reibungskoeffizient abnimmt, wenn die Größe oder Anzahl der Sandpartikel zunimmt. Dies kann auf die Bildung von schwachen Scherbanden zwischen den Fragmenten zurückgeführt werden. Weitergehende Untersuchungen sind für nasse und durch Blätter kontaminierte Kontakte erforderlich. Es wurde auch festgestellt, dass der COT empfindlicher auf die Steifigkeit der Bindung zwischen den Fragmenten eines gebrochenen Partikels reagiert als auf die Festigkeit der Bindung. Ein Grenzwert für die Bindungsfestigkeit wurde identifiziert, jenseits dessen die Sandpartikel duktiles Verhalten anstelle des erwarteten spröden Bruchs zeigten. Die Ergebnisse dieser Studie können für zukünftige Forschungen zum Haftungsmanagement im Rad-Schiene-Kontakt nützlich sein, und der Modellierungsansatz kann auf den vollen Kontakt hochskaliert werden.