Die Simulation des dynamischen Rollkontaktes erschließt zahlreiche Zeit- und Kostenvorteile, wie z. B. bei der Entwicklung von Reifen oder bei der Verbesserung von Fahrassistenzsystemen. In dieser Arbeit werden grundlegende Algorithmen zur numerisch effizienten Simulation rollender Gummiräder gezeigt. Die gewonnenen Vorgehensweisen sind auf Reifen, aber auch auf andere Gebiete technischer Rollkontakte mit elastischen Kontaktpartnern anwendbar. Das präsentierte Modell wird durch stationäre und instationäre experimentelle Untersuchungen validiert. Zu diesem Zweck wurde am Institut für Dynamik und Schwingungen der Leibniz Universität Hannover (IDS) ein fahrender Versuchsstand entwickelt und aufgebaut. Als Versuchsobjekt dient ein etwa handtellergroßes Vollgummirad, das in der Reifenindustrie für Verschleißmessungen verwendet wird. Das Messmobil verfügt über leistungsfähige Akterik, um bei konstanter Fahrgeschwindigkeit nahezu beliebige Vorgaben für Normalkraft- und Schlupfverläufe umzusetzen. Sensoren zeichnen alle Kräfte und 'Momente im Rollkontakt auf, auch die Temperaturen des Rades und der Fahrbahn im Ein- und Auslauf des Rades werden gemessen. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst Messergebnisse stationären Rollens gezeigt. Die resultierenden Kennfelder zeigen das Verhalten verschiedener Elastomere in Kontakt mit einer Glas-Fahrbahn. Außerdem wird die dynamische Abhängigkeit der zeitlichen Tangentialkraftverläufe von Start- und Zielniveau eines vorangegangenen Schlupfsprunges untersucht. Auf diese Weise gelingt ein Einblick in das Phänomen des instationären Rollkontaktes. Basierend auf dem in den Messungen beobachteten dynamischen Verhalten des Rollkontaktes wird ein mechanisches Simulationsmodell präsentiert. Das 2D-Modell beinhaltet ein Strukturmodell des Radkörpers sowie eine Kontaktformulierung in Normal- und Tangentialrichtung, die sowohl Haften als auch Gleiten abbildet. Zur Reduktion des numerischen Aufwandes wird eine Craig-Bampton-Transformation verwendet. Außerdem beschränkt sich die Kontaktabfrage auf die unmittelbar in den Kontaktbereich eintretenden Knoten. Die Simulationsergebnisse werden den Messungen des fahrenden Versuchsstands gegenübergestellt. Darüber hinaus erlauben sie einen detaillierten Einblick in die dynamischen Vorgänge innerhalb des Kontaktbereiches.
Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum dynamischen Rollkontakt von Elastomeren
Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 11: Schwingungstechnik ; 338 ; 1-122
2009
122 Seiten, 62 Bilder, 107 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Theoretische Grundlagen herkoemmlicher Untersuchungen des dynamischen Verhaltens von Elastomeren
Kraftfahrwesen | 1981
|Hochfrequenter Rollkontakt der Fahrzeugräder
IuD Bahn | 1998
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