Simulation des Traktionsverhaltens von Reifen auf granularem Untergrund durch eine Kopplung zwischen der Finiten (FEM) und der Diskreten Element Methode (DEM)

摘要

Innerhalb dieses Beitrags wird die numerische Simulationsmethode der Extended Discrete Element Methode (XDEM) vorgestellt, mit der die Wechselwirkung zwischen Reifen und steinigem Untergrund detailliert beschrieben werden kann. Dabei wird der Reifen als ein Kontinuum betrachtet, das mit der Finiten Element Methode (FEM) abgebildet wird. Der grobkornige Untergrund, wie beispielsweise Sand oder Kies, wird als granulares Medium betrachtet. Dieses kann sehr vorteilhaft mit der Diskreten Element Methode (DEM) behandelt werden, die eine Betrachtung der individuellen Partikel zulasst. Basierend auf den Gesetzen von Newton werden Position und Orientierung aller Partikel berechnet, wobei Krafte zwischen den Partikeln und dem Reifen berucksichtigt werden. Krafte zwischen Partikeln und Reifen treten als Randbedingungen in der FEM Struktur des Reifens auf, und fuhren damit zur Deformation und somit zu einer Spannungsverteilung in der Reifenstruktur. Eine Integration in der Zeit bestimmt sowohl den Zustand des Untergrunds als auch die Reaktion des Reifens. Dies wird durch eine innovative Kopplung zwischen der Discrete Particle Method (DPM) zur Beschreibung des granularen Mediums und dem Finite Element Loser Diffpack erreicht und deshalb als Extended Discrete Element Methode bezeichnet wird. Beides sind objektorientierte Software-Werkzeuge, die uber eine Schnittstelle die notwendigen Daten austauschen, so dass der Anwender sein Augenmerk auf die Problemlosung richten kann als sich mit Datenaustausch und Algorithmen zu befassen. Damit wurde ein vielseitiges und flexibles Werkzeug zur Losung vielfaltiger Probleme wie auch die Bewegung eines Reifens im Schnee geschaffen. Das neuartige Konzept ist sowohl auf Windows als auch auf UNIX basierenden Betriebssystemen verfugbar.