Beim Betrieb von Schienenfahrzeugen können unter bestimmten Umständen selbsterregte Torsionsschwingungen an den Radsätzen auftreten. Die daraus resultierenden dynamischen Torsionsmomente führen im Extremfall zum Versagen des Presssitzes und damit zu einer Verdrehung des Rades auf der Radsatzwelle.
Dabei könnte es zu einer Verschiebung des Rades auf der Radsatzwelle einhergehend mit einer Änderung des Spurmaßes des Radsatzes kommen. Um den sicheren Betrieb von Schienenfahrzeugen zu gewährleisten, schreibt der Gesetzgeber vor, dass für die Zulassung ein gesonderter Festigkeitsnachweis der Radsätze unter Berücksichtigung selbsterregter Torsionsschwingungen erbracht werden muss. Dies ist aktuell nur über zeitaufwändige Messungen möglich. Dadurch treten zwei wesentliche Probleme auf. Zum einen sind die Versuchsbedingungen, welche das Auftreten der Torsionsschwingungen begünstigen, nicht bekannt, wodurch Torsionsschwingungen eher zufällig auftreten und nicht gezielt hervorgerufen werden können. Zum anderen können die Messungen erst in einer späten Phase der Zugentwicklung erfolgen. Dies bedeutet, dass bei einem verfehlten Festigkeitsnachweis die notwendige Überarbeitung des Radsatzes nur mit enormen Kosten möglich ist.
Eine Ergänzung zum Nachweis mittels Messungen am Fahrzeug ist eine Berechnung auf Basis geeigneter Modelle. Eine Herausforderung bei der Entwicklung geeigneter Simulationsmodelle ist eine adäquate Berücksichtigung des Rad-Schiene-Kontakts und des Einflusses der Motorregelung unter Beachtung umweltbedingter Unsicherheiten (z.B. Wetter, Zustand der Schiene).
An dieser Stelle setzt dieses Projekt an, dessen Kernziel die Entwicklung eines Simulationsmodells zur Vorhersage von selbsterregten Torsionsschwingungen ist. Die verschiedenen Unsicherheiten sollen dabei über gängige Verfahren der Uncertainty Quantification (z.B. Surrogate-Modeling, Monte Carlo, Bayes’sche Methoden) Eingang finden. Damit soll zum einen das Risiko in der Auslegung der Radsätze hinsichtlich Festigkeit und Presssitz minimiert werden und zum anderen soll aufgezeigt werden, unter welchen Versuchsbedingungen selbsterregte Torsionsschwingungen vermehrt auftreten.
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