Kontaktmechanik

Ziel ist die Beschreibung des Normal- und Tangentialkontaktverhaltens metallischer Oberflächen in Form konstitutiver Kontaktgesetze für den Einsatz in numerischen Berechnungsverfahren wie der Methode der finiten Elemente.
Ausgangspunkt ist dabei die Messung, Beschreibung und Charakterisierung der rauen Oberflaechen auf der Mikroskale und die anschliessende Simulation des Deformationsverhaltens der Oberflaechenrauigkeiten mit Hilfe eines elasto-plastischen Halbraum-Modells unter Beruecksichtigung von Oberflaechenschichten und Schmierung. Aus den Halbraum-Simulationen koennen dann konstitutive Kontakgesetze identifizierte werden, die das homogenisierte Verhalten auf der Makroebene abbilden und sich dort auch wieder experimentell ueberpruefen lassen.

Anwendungen finden sich in der Umformtechnik, der Modellierung der Energiedissipation in Fuegestellen oder der Simulation von Blechpaketen im Elektromaschinenbau.

Projekte:

Die Ziele des Projekts sind die Entwicklung eines konstitutiven Reibgesetzes und die Realisierung anwendungsangepasster tribologischer Bedingungen für die Blechmassivumformung mittels Tailored Surfaces. Durch den Einsatz von Halbzeugen mit definiert strukturierten Oberflächen und geeigneter Schmierstoffsysteme sollen der Stofffluss gezielt beeinflusst und so auch die Prozessgrenzen erweitert werden. Ausgehend von der numerischen Betrachtung der tribologischen Bedingungen im Halbraummodell…

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This proposal aims at an extension of a recently developed, hybrid MD-FE simulation scheme towards its application to materials dominated by polymer-solid interphases. Only particle-based methods are able to intrinsically resolve microstructure and mechanical behavior of interphases. Therefore, we proceed with the following setup: A coarse-grained MD domain, which contains a single nanoparticle and as much polymer as necessary to ensure bulk behavior at the boundary, is included into a FE do-main. The FE boundary is used to apply various types of deformations and to record the overall stress responses of particle, surrounding interphase and bulk. With these data, the parameters of a purely continuous counterpart to the hybrid setup are iteratively adjusted until it behaves identically. As its main feature, the continuous ersatz-model substitutes the interphase between particle and polymer by an interface governed by a surface energy in the sense of Gibbs. This can be understood as a condensation of micro-scale property profiles within the 3-D interphase into a 2-D continuum mechanical model. Ultimately, after homogenizing the continuous ersatzmodel, macroscopic structure simulations allowing for a due consideration of interphase effects as occurring around nanoparticles are to be realized.

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Rotierende Systeme sind gyroskopischen Effekten ausgesetzt, welche Einfluss auf ihre Eigendynamik nehmen. Die Arbitrary-Lagrangian-Eulerian-Formulierung (ALE) bietet im Kontext der Finite-Elemente-Methode eine effiziente Möglichkeit, rotatorische und translatorische Führungsbewegungen im System abzubilden und diese dabei vom FE-Netz abzukoppeln. Gleichzeitig erschwert dieser Ansatz die Berechnung reibbehafteten Kontaktverhaltens mit anderen, nicht-rotierenden Strukturen.
Diese…

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Die numerische Simulaton von geschichteten Blechpaketen, welche in Elektrischen Antrieben und Transformatoren auftreten, stellt aufgrund des Aufbaus dieser Komponenten eine Herausforderung in der Strukturmechanik dar. Je nach Herstellungsprozess stehen diese Bleche entweder in direktem Reibkontakt zueinander oder werden mit Hilfe von Backlack zusammengehalten. Insbesondere die Zwischenschicht und die Interaktion einzelner Bleche besitzen einen großen Einfluss auf die Struktur und können für ein nichtlineares Deformationsverhalten verwantwortlich sein. In Bezug auf Leistungsfähigkeit und Aufwand besteht das Ziel darin eine Finite-Element Simulation, in der jedes einzelne Blech diskretisiert wird, zu vermeiden, so dass in diesem Projekt auf Methoden der Homogenisierung zurückgegriffen wird, um ein adäquates Ersatzmaterialmodell zu formulieren, welches die spezielle Mikrostruktur dieser Blechpakete berücksichtigt.

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Beteiligte Wissenschaftler: