In dieser Arbeit wird ein Formalismus zur Dynamiksimulation von mechanischen Mehrkörpersystemen mit flächigen Reibkontakten vorgestellt. Das Verfahren ist geeignet für eine Klasse von mittelgroßen Systemen, die einerseits groß genug sind, dass eine Herleitung der Bewegungsgleichungen von Hand zu aufwändig erscheint, andererseits klein genug sind, dass eine Untersuchung der dynamischen Phänomene durch numerische Experimente noch zum Systemverständnis beiträgt. Der Formalismus wurde insbesondere zur Simulation von Antriebssystemen in Kraftfahrzeugen entworfen, lässt sich aber ebenso zur Modellierung anderer technischer Systeme heranziehen. Das verwendete Reibmodell erlaubt eine möglichst konsequente Anwendung klassischer Reibgesetze wie der Coulombschen Reibung auf verteilte Kontakte. Das Problem der überzähligen Bindungen während Haften in mehreren Kontaktpunkten wird regularisiert, das heißt mittels künstlich eingeführter lokaler Nachgiebigkeit im Kontakt umgangen. Die Regularisierung verwendet Analogien von Plastizität und Reibung, wie sie auch in der Strukturmechanik ausgenutzt, hier jedoch auf die Mehrkörperdynamik angewendet werden. Der elastoplastische Reibkontakt geht intuitiv aus dem etablierten Modell der idealen Plastizität von Prandtl und Reuss aus der Kontinuumsmechanik hervor. Dieses ist das einfachste verfügbare Plastizitätmodell, welches gleichzeitig eine robuste und effiziente numerische Behandlung ermöglicht. Als Nebenprodukt dieser Arbeit entstand eine Simulationssoftware, die den Formalismus implementiert und für den Einsatz in der Industriepraxis zur Verfügung stellt. Mit dieser Software wird anhand einiger - sowohl akademischer als auch praxisrelevanter - Beispiele demonstriert, dass Regularisierungen sich als Alternative zu den Formalismen der nichtglatten Mechanik anbieten. Dabei lassen sich beispeilsweise bei der Untersuchung der Radialdynamik ebener Scheibensysteme dynamische Phänomene aufzeigen, die mit klassischer Modellierung mit Einzelkontakten oder permanent angenommenem Gleiten unsichtbar bleiben.
Modellierung und Simulation von Mehrkörpersystemen mit flächigen Reibkontakten
2011
221 Seiten, Bilder, Tabellen, 181 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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