Restlevensduur: de gouden combinatie van modelleren en meten

“Hoe lang kan het frame van dit draaistel nog mee?” Dat vroeg een klant aan DEKRA Rail. De eerste stap is bekijken hoe het draaistel in het verleden belast is en aan welke krachten het op dit moment blootgesteld wordt. Dan kun je op basis van berekeningen een aanname doen over de daadwerkelijke kracht op elk component, óf je kunt wat accurater te werk gaan en metingen doen om de daadwerkelijke krachten en spanningen tijdens gebruik vast te leggen. DEKRA Rail is een expert in modelleer- en meettechnieken en, wanneer grondigheid vereist is, kun je haast niet om de combinatie van beide technieken heen. Zo werd deze gouden combinatie van modelleren en meten ook ingezet voor de gevraagde restlevensduurvoorspelling. We vroegen DEKRA Rail expert Leendert Vermeulen naar de kracht van de gecombineerde aanpak, de gebruikte optische meettechniek en de internationale samenwerking: de ingrediënten die leidden tot het meest betrouwbare eindresultaat voor de klant.

Combinatie von modelleren en meten

De belasting van draaiframes
De draaistelframes in kwestie, van zo’n 25 jaar oud, waren al bekend bij DEKRA Rail. Uit berekeningen door de klant was namelijk bij de indienststelling gebleken dat de draaistelframes 7% zwaarder belast worden dan waar zij ooit voor ontworpen waren. Reden genoeg destijds om de frames regelmatig te inspecteren op scheurtjes. Deze zijn gelukkig nooit geconstateerd. DEKRA Rail expert Leendert Vermeulen: “Met de geplande modernisering van het materieel op de agenda, waarvoor dit type draaistellen wordt gebruikt, werd ons nu gevraagd om te onderzoeken wat de belasting is en of de frames nog 18 jaar extra mee kunnen.”

combinatie van modelleren en meten

Innovatieve, optische meettechniek
We hebben overwogen om de bepaling van de belasting van de draaistellen geheel modelmatig te doen. Dat kan, want het gebruik van de eindige-elementenmethode (Engels: finite element method of FEM) is een beproefd concept. Leendert: “Maar in overleg met de klant is gekozen voor maximale zekerheid en minimale afhankelijkheid van aannames. Een voorkeur voor metingen dus, die uitgevoerd moesten worden tijdens het rijden in de dienst. Vooral het meten tijdens de dienst vroeg om flexibiliteit en een andere manier van meten.”

Het team van DEKRA Rail gebruikte daarom een innovatieve meettechniek met optische sensoren. Leendert: “In plaats van een conventionele meettechniek waarbij je één kabel nodig hebt per sensor, gebruik je bij de optische meettechniek één kabel per 13 sensoren. Hierdoor konden de metingen plaatsvinden tijdens rijden, zonder overlast voor de treinreizigers.” De uitkomst van het onderzoek was gelukkig positief. Leendert: “De resultaten geven aan dat de draaistelframes zeker nog 18 jaar meekunnen. De component met de kortste levensduurverwachting heeft namelijk volgens de FEM-modelberekeningen nog 150 jaar te gaan!”

“Met FEM kunnen werkelijk optredende materiaalspanningen in een constructie bepaald worden door toepassing van het gemeten krachten-lastcollectief.”

combinatie van modelleren en meten

Het FEM-model in ons portfolio
DEKRA Rail heeft sinds twee jaar de kennis en de tooling in huis om, naast de metingen en levensduurvoorspellingen, ook modellen te maken met eindige-elementensoftware. Leendert: “Eerder werkten we voor dit modelwerk samen met partners. Het is een vooruitgang dat we, sinds we onderdeel uitmaken van DEKRA, van begin tot eind de benodigde expertise binnen de eigen organisatie tot onze beschikking hebben.” Met FEM kunnen werkelijk optredende materiaalspanningen in een constructie bepaald worden door toepassing van het gemeten krachten-lastcollectief. Hieruit kan met behulp van de vermoeiingsanalyse de levensduur van een component worden vastgesteld.

Samenwerking met andere DEKRA experts
Een DEKRA team in Zweden heeft in het recente verleden een soortgelijk onderzoek gedaan naar de ontstaansoorzaak van scheuren die geconstateerd waren in draaistelframes van metro’s. Die ervaring kwam nu goed van pas. Leendert: “We hebben de kennis van het Zweedse team gebruikt als klankbord, ter verificatie van ons eigen werk. Doordat de DEKRA-organisatie groeit en steeds internationaler wordt, zijn er steeds meer collega’s met ervaring in vergelijkbare vraagstukken en de samenwerking tussen de verschillende teams is daarom erg waardevol. Het klankborden en sparren met andere DEKRA experts in binnen- en buitenland zorgt voor steeds betere resultaten!”

December 2017

Pagina delen