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Über die Verwendung von viskoelastischen Materialien zur Vibrations- und Geräuschreduzierung von Eisenbahnschienen

Die Abrollgeräusche von den Rädern der Wagons sind die dominierende Quelle von Lärm und Vibrationen im Eisenbahnverkehr. Die derzeit verwendeten polymeren Dämpfungselemente zur Minimierung des Abrollgeräusches können das Dämpfungspotenzial von visko-elastischen Materialien nicht vollständig nutzen. In dieser Doktorarbeit wurden patentierte „granulare Dämpfungselemente“ (Granular Damping Elements (GDE)) eingeführt, die mit Kohlefasern und granularen polymeren Werkstoffen gefüllt wurden. Ihre Eigenschaften können mit Hilfe des hydrostatischen Drucks, dem granulare Werkstoffe ausgesetzt sind, justiert werden. Diese ermöglichen die Feinabstimmung Ihrer Dämpfung.

Das Austesten des Konzepts der patentierten GDE zeigte, dass die Verlustleistung dieser Elemente bei höherem Druck um das bis zu zehnfache ansteigen kann, während sich die Steifigkeit um das bis zu zwanzigfache erhöht. Für die weitere Verbesserung des Dämpfungsverhaltens wurde ein „granularer Reibungsanalysator“ (Granular Friction Analyzer (GFA)) entwickelt. Dieser Apparat ermöglicht das Studium der inhärenten Reibung von granularen Materialien bei Belastungen, bei denen diese zu fließen beginnen. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen des Drucks (ausgedrückt durch die Position des mechanischen Spektrums) und der viskoelastischen Materialfunktionen (ausgedrückt in der Bandbreite des Spektrums) auf die Eigenschaften der Vibrationsdämpfungselemente untersucht. Die Auswirkungen beider Größen wurden durch das Amplitudenverhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsamplitude analysiert.

Es wurde gezeigt, dass der entwickelte GFA die Auswirkungen der Partikelgröße, der Partikelgrößenverteilung und der Teilchenform, etc., auf die Reibung und Fließfähigkeit von granularen Materialien vorhersagen und messen kann. All dies ist essentiell für die Herstellung von GDEs, sowie für die Bereitstellung von einem bestimmten hydrostatischen Druck innerhalb der GDEs. Des Weiteren wurde festgestellt, dass eine Frequenzverschiebung auf der linken Seite entlang der logarithmischen Zeitskala, verursacht durch einen Rückgang des Drucks, die Resonanzpeaks zu niedrigeren Frequenzen verschiebt. Gleichzeitig wird die Strahlungsdurchlässigkeit deutlich erhöht. Andererseits, wenn Materialien höheren Drücken ausgesetzt sind, was ihr Spektrum nach rechts entlang der logarithmischen Zeitskala verlagert, wird ihr Resonanzpeak in Richtung höherer Frequenzen verschoben, und die Strahlungsdurchlässigkeit wird zu T = 1 verringert.

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 Marko Bek

Marko Bek
Center for Experimental Mechanics
University of Ljubljana

Informationen

Freie Schlagwörter: Eisenbahngeräusche, Abrollgeräusche, granulare Dämpfungselemente, granularer Reibungsanalysator, viskoelastische Materialfunktionen, viskoelastische Retardationsspektren, hydrostatischer Druck, Dämpfung, Steifigkeit, Amplitudenverhältnis
Institut / Lehrstuhl: Faculty of Mechanical Engineering, University of Ljubljana
Sprache: Englisch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Igor Emri (Mentor), Prof. Dr. Miha Boltezar, Assoc. Prof. Dr. Jurij Prezelj, Prof. Dr. Polhronis-Thomas D. Spanos, Prof. Dr. Arkady Voloshin
Erscheinungsjahr: 2017
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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