In dieser Arbeit werden reibungsbehaftete Rollkontaktprobleme unter Berücksichtigung inelastischen Materialverhaltens mit der Methode der finiten Elemente berechnet. Für die FE-Analyse von Rollkontaktproblemen ist heute die Formulierung im Rahmen einer Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE)-Methode etabliert. Diese Beschreibung erlaubt auf den Kontaktbereich konzentrierte Netzverfeinerungen und führt zu einer zeitunabhängigen Beschreibung des stationären elastischen Rollens. Aufgrund der relativkinematischen, gemischt räumlich-materiellen, Betrachtungsweise kommt es zu einer Relativbewegung zwischen dem FE-Netz und den materiellen Teilchen. Im Gegensatz zu einer rein materiellen Formulierung kann die geschichtliche Entwicklung eines Teilchens daher nicht direkt bestimmt werden. Für die Analyse dissipativer Effekte beim Rollen, z. B. aufgrund inelastischen Materialverhaltens oder Reibung, ist die Erfassung der Materialgeschichte jedoch zwingend erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit werden Lösungskonzepte für die konsistente Behandlung des inelastischen Materialverhaltens und des reibungsbehafteten Tangentialkontakts erarbeitet. Die entwickelten Algorithmen werden anhand der Berechnung traktiver Rollzustände eines Vollgummirads getestet. Zur Demonstration der Praxistauglichkeit der vorgeschlagenen Konzepte wird das detaillierte Modell eines rollenden Pkw-Reifens analysiert.
In the presented thesis frictional rolling contact problems of inelastic bodies are computed by the use of the finite element method. In FEM analysis of rolling contact problems Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) methods are the stare of the art. These methods allow mesh refinements concentrated to the contact region and offer a time independent formulation of stationary elastic rolling. The relative kinematic, mixed spatial-material description of rolling leads to a relative motion between the finite element mesh and the material points. Contrary to pure material formulations the history of the particles is not determined directly. The analysis of dissipative effects in rolling, e. g. inelastic material or friction, strongly requires the collection of the material history. This work focusses on the development of concepts and algorithms for the consistent treatment of inelastic material behavior and frictional contact in the framework of the ALE-description of rolling bodies. The developed algorithms are tested by the computation of different stares of tractive rolling of a rubber disc and a detailed tire model.
Numerische Konzepte zur Behandlung inelastischer Effekte beim reibungsbehafteten Rollkontakt
2007
152 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Theses
German
Numerische Parameterstudien zur Beanspruchung von Rad und Schiene beim Rollkontakt
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