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Vortrag

Effektive Modellierung von Krafteinleitungen in Composite-Strukturen - Genauigkeit, Komplexität, Rechendauer

Freitag (28.06.2019)
11:20 - 11:40 Uhr

Zur Simulation von Krafteinleitungselementen sind die Modellierung der Kontaktstelle und eine nichtlineare Analyse erforderlich. Diese Kontaktanalyse ist trotz leistungsstarker Rechner immer noch zeitintensiv. Eine Reduktion dieses Kontakts durch ein einfaches Lastmodell würde deshalb eine enorme Zeitersparnis bewirken und somit weiterführende Laminatoptimierungsrechnungen begünstigen. Mit der HERTZschen Kontakttheorie ist zwar ein analytischer Zugang für das Kontaktproblem gegeben, jedoch werden darin Reibungs-, Adhäsions- und sonstige Oberflächeneffekte nicht erfasst. Zudem wird eine kleine Kontaktfläche und isotropes Werkstoffverhalten vorausgesetzt, was insbesondere bei Bolzenverbindungen in faserverstärkten Strukturen problematisch ist. Dennoch kann ein geeignetes Lastmodell für ein vereinfachtes Modell eines Gabelgelenkbolzens entwickelt werden. Die Krafteinleitung erfolgt hierbei über den Stahlbolzen auf die Lochscheibe aus CFK, was durch einen Kontakt zweier Zylinder (konvex/konkav) abgebildet wird. Die dabei am Lochrand auftretenden Randeffekte werden mittels einer Näherungsfunktion (parametrisierter Polynomansatz) erfasst. Das anisotrope Werkstoffverhalten wird mit alternativen Modellen abgebildet. Es kann aber auch durch eine Erweiterung der HERTZschen Theorie in die Berechnung einfließen. Die verschiedenen Ansätze werden in Bezug auf Genauigkeit, Komplexität und Rechendauer verglichen. Zudem werden weitere Beschränkungen der HERTZschen Theorie diskutiert. Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen dienen als Entscheidungshilfe zur Wahl des Modellierungsansatzes und führen so zu einem anpassbaren, dreidimensionalen Lastmodell. Als Referenz und zur Verifikation der Ergebnisse dient ein Kontaktmodell der FEM-Software HyperMesh und Optistruct der Firma Altair. Zusätzlich kann das Kontaktmodell als Hilfe für die Erstellung des Lastmodells genutzt werden. Schlussendlich wird eine Methode aufgezeigt, mit der eine Kontaktanalyse auf eine rein statische, lineare Strukturanalyse reduziert wird und so eine deutlich geringere Rechendauer ermöglicht. Das zugehörige Lastmodell stellt zudem eine gute Abbildung der Realität dar.

Sprecher/Referent:
Michail Schlosser
Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Axel Schumacher
    Bergische Universität Wuppertal
  • Prof. Dr. Klaus Bellendir
    Hochschule Albstadt-Sigmaringen