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.
