Effiziente Berechnung der Kontaktspannungen in Fugestellen von dynamisch belasteten Komponenten

摘要

Simulation ist ein wesentlicher Bestandteil der Produktentwicklung von mechanischen und mechatronischen Komponenten. Wahrend eine Versuchsdurchfuhrung erst am Ende einer Entwicklungsschleife moglich ist, konnen numerische Simulationen bereits zu Beginn eingesetzt werden. Daher sind verlassliche Simulationsergebnisse (wie beispielsweise die Betriebsfestigkeit, das Schwingungsverhalten, das akustische Abstrahlverhalten,...) fur eine rasche und effiziente Produktentwicklung unverzichtbar. Aufgrund von nicht unbeschrankt verfugbarer Rechenkapazitat werden die numerischen Modelle in Hinblick auf die physikalischen Effekte oftmals reduziert, was bei den Ergebnissen einen betrachtlichen Interpretationsspielraum nach sich ziehen kann. Die Kontaktspannungen in Fugestellen sind ein typisches Beispiel fur derartige Effekte. Aufgrund der zugrundeliegenden nichtlinearen Beziehungen wird in diesem Zusammenhang meist mit einem nicht handhabbaren Zuwachs des Berechnungsaufwandes argumentiert. Als Konsequenz kommen detaillierte Fugestellenmodelle meist nicht zum Einsatz, obwohl Fugestellen sowohl lokale Lastflusse als auch das Systemverhalten signifikant beeinflussen konnen. In diesem Beitrag wird eine Methode zur Ordnungsreduktion von Modellen mit Fugestellen fur die dynamische Simulation vorgestellt und auf die wesentlichen Teilschritte eingegangen. Aufgrund der Modellreduktion sind dabei im Zuge einer dynamischen Simulation auch viele Zeitinkremente mit vertretbarem Aufwand berechenbar. Dies macht die vorgestellte Methode selbst innerhalb von Optimierungsschleifen einsetzbar. Um dies zu demonstrieren, wird die Konsole der Batterie eines PKWs hinsichtlich ihrer Betriebsfestigkeit analysiert und anhand der Ergebnisse die Bedeutung der Kontaktspannungen fur verlassliche Simulationsergebnisse verdeutlicht.