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Fachbeitrag
18.05.2020  |  168x
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Plasser & Theurer simuliert Gleisschotter mit Rocky DEM

Diskrete-Elemente-Methode eignet sich ideal zur Untersuchung von Gleisschotter

Die Zukunft des Gleisbaus entsteht schon heute in den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen von Plasser &Theurer. Beispielsweise ist der Schotter im Vergleich zu anderen Gleiskomponenten ein noch relativ unerforschtes Feld.

Um dieses zu ändern, nutzt Plasser & Theurer unter anderem die Simulationssoftware Rocky.
Im deutschsprachigen Raum wird diese Software einschließlich eines umfassenden Kundensupports von CADFEM angeboten.

Der Gleisschotter ist die bestimmende Komponente des Oberbautragsystems von Schienenwegen. Das heutige Wissen über das komplexe Verhalten des Schotters beruht zu einem großen Teil auf einer Dissertation an der TU Graz, die von J. Fischer Anfang der 1980er-Jahre verfasst wurde. Neueste Untersuchungsmethoden und Erkenntnisse werden dazu beitragen, das Verhalten des Schotters besser zu verstehen und das Gesamtsystem zu optimieren. Mit einer dieser Methoden beschäftigt sich Dipl.-Ing. Dr. Samir Omerovic in seiner Arbeit. Er ist in der Forschungsabteilung von Plasser & Theurer tätig und wendet die Diskrete-Elemente-Methode auf Problemstellungen im Gleisbau an. Ein neuer Forschungszugang, von dem man sich vielverspricht.

Einblick in die physikalischen Hintergründe

Wasserableitung, Lastabtragung beziehungsweise Krafthomogenisierung, Dämpfung, Lageerhaltung – das sind einige Funktionen des Schotters im System Gleis. Ein Einblick in die physikalischen Hintergründe und das Zusammenspiel der unterschiedlichen Wirkungsweisen ist daher sowohl aus theoretischer als auch praktischer Sicht von großer Bedeutung. Die Realität sieht jedoch anders aus. Derzeit gibt es nur wenige rechnerische Nachweise über die in der Praxis verwendeten Maßzahlen.

Mit dem derzeitigen Kenntnisstand lässt sich nicht mit Bestimmtheit sagen, welche Bedingungen erforderlich sind, um eine „bestmögliche“ Verdichtung zu erzielen. Auch ist wenig über die Hohllagenbildung sowie über den Bruch und die Verschleißphänomene der Schotterkörner bekannt. Der Grund für das mangelnde Wissen liegt vor allem in der Komplexität und Heterogenität des Materials, die es schwierig machen, Experimente unter Laborbedingungen durchzuführen.

Die Anwendung der Diskrete-Elemente-Methode mit Rocky DEM schafft hier Abhilfe. Die Methode ist zwar schon seit den1970er-Jahren bekannt, aber erst durch den Einsatz von modernen Hochleistungsrechnern ist ihr Potenzial nutzbar, um neue Erkenntnisse zu gewinnen. Die Diskrete-Elemente-Methode ist ein numerisches Simulationsverfahren, das für die Lösung von Problemstellungen mit diskontinuierlichem Charakter entwickelt wurde. Siegehört zur Gruppe der Partikelmethoden und eignet sich deshalb ideal zur Untersuchung von Gleisschotter. Jedes Partikelwird dabei einzeln beschrieben, das heißt diskretisiert.

Voraussetzung für eine realitätsnahe DEM-Simulation ist die passende Wahl der Berechnungs- und Materialparameter. Samir Omerovic nutzt Rocky bei Plasser & Theurer auf einer Hardware, die paralleles Rechnen ermöglicht, sodass damit auch sehr rechenintensive Aufgaben in vergleichsweise kurzer Zeit erledigt werden können. Darüber hinaus können nichtsphärische, polyhedrale und somit realistische Geometrien gewählt werden. Auch Geometrien, die aus einem 3D-Scanner stammen, lassen sich einlesen und verwenden.

Nicht nur theoretische Überlegungen stehen hinter der DEM-Anwendung, sondern damit werden auch ganz konkrete Fragestellungen aus der Praxis beantwortet. So wurde beispielsweise mittels DEM die maximale Schottermenge ermittelt, die das Förderband einer Materialförder- und Siloeinheit (MFS)bewältigen kann. Konkret ging es bei diesen Berechnungen darum, die maximale Fördermenge zu bestimmen, und zwar bei überhöhter Gleislage in einem Bogen mit unterschiedlichen Fördergeschwindigkeiten. Schon dabei zeigte sich, dass mit dem Verfahren derartige Aufgabenstellungen in extremkurzer Zeit mit vergleichsweise geringem Kostenaufwand und dabei sehr exaktem Ergebnis gelöst werden können.

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Partikelsimulation in der Schüttgutindustrie: Transport und Segregation
26. Mai, 10-11 Uhr Agenda: - Überblick DEM Methode - Anwendungsbeispiel: Transport von Partikeln - Anwendungsbeispiel: Segregation von Partikeln - Live Demonstration Rocky dem Gerührt oder geschüttelt? In der Praxis steht man immer vor der Notwendigkeit, qualitativ hochwertige Produkte zu liefern, sowie die Produktion und die Effizienz zu steigern. In der Schüttgutverarbeitung kann man dies durch eine Erhöhung der Tonnage und durch eine Reduktion des Verschleißes der Maschinen und der Energiekosten erreichen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, werden heute oft Experimente im Labormaßstab zur Ermittlung der Materialeigenschaften durchgeführt. Zudem werden während der Produktion verschiedene Produktionsparameter gemessen und optimiert. Der Verschleiß und der Ersatz von Bauteilkomponenten verursacht hohe Wartungskosten. Zudem führen Wartungsmaßnahmen und das Anhalten der Produktionsanlage zu weiteren signifikanten Ausfallkosten. Bei der Wartung kann es auch zu ungewollten Designänderungen der Anlage kommen, die kostspielig und ineffektiv sein können. Mit Rocky dem kann man eine Vielzahl von Design-Varianten im Vorfeld simulieren, um die Wirkung jeder einzelnen Veränderung auf den Gesamtprozess besser zu verstehen. Hierbei werden der Bruch des Gesteins und der Verschleiß von Maschinenkomponenten berücksichtigt. Darüber hinaus können die mechanischen Kräfte, die auf das Schüttgut und die Anlage wirken, ermittelt und ihre Auswirkungen mit der ANSYS Mechanical (FEM) Software genauer untersucht werden. Auf Basis der Simulation kann man eine deutlich reduzierte Anzahl von Designs und Auslegungen vorab am digitalen Modell statt in der Inbetriebnahme testen, validieren und umsetzen, was zu erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen führt.
26.05.2020 | Webinar | 0 Tage | Webinar / Online | Eintritt: frei (Registrierung erforderlich)

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