Kontaktmechanik

Eine zentrale Herausforderung der Blechmassivumformung ist ein teilweise unkontrollierter Werkstofffluss. Dieser beeinflusst die zu erreichende geometrische Bauteilmaßhaltigkeit negativ. Vor diesem Hintergrund wird die Zielsetzung verfolgt, durch lokale Reibungsanpassungen mittels Modifikation der Werkstück- oder Werkzeugoberfläche den Stofffluss zu steuern und die Ausformung der Funktionselemente zu verbessern. Insbesondere werkzeugseitige Modifikationen haben hohes Potential, da sie die Prozesskette nicht verlängern. Allerdings müssen sie für einen effizienten Einsatz eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweisen, weshalb die funktionalen Zusammenhänge zwischen Veränderung der Werkzeugtopographie und der Reibung zur Beschreibung der Funktionsbeständigkeit erforscht werden.

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This proposal aims at an extension of a recently developed, hybrid MD-FE simulation scheme towards its application to materials dominated by polymer-solid interphases. Only particle-based methods are able to intrinsically resolve microstructure and mechanical behavior of interphases. Therefore, we proceed with the following setup: A coarse-grained MD domain, which contains a single nanoparticle and as much polymer as necessary to ensure bulk behavior at the boundary, is included into a FE do-main. The FE boundary is used to apply various types of deformations and to record the overall stress responses of particle, surrounding interphase and bulk. With these data, the parameters of a purely continuous counterpart to the hybrid setup are iteratively adjusted until it behaves identically. As its main feature, the continuous ersatz-model substitutes the interphase between particle and polymer by an interface governed by a surface energy in the sense of Gibbs. This can be understood as a condensation of micro-scale property profiles within the 3-D interphase into a 2-D continuum mechanical model. Ultimately, after homogenizing the continuous ersatzmodel, macroscopic structure simulations allowing for a due consideration of interphase effects as occurring around nanoparticles are to be realized.

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Rotierende Systeme sind gyroskopischen Effekten ausgesetzt, welche Einfluss auf ihre Eigendynamik nehmen. Die Arbitrary-Lagrangian-Eulerian-Formulierung (ALE) bietet im Kontext der Finite-Elemente-Methode eine effiziente Möglichkeit, rotatorische und translatorische Führungsbewegungen im System abzubilden und diese dabei vom FE-Netz abzukoppeln. Gleichzeitig erschwert dieser Ansatz die Berechnung reibbehafteten Kontaktverhaltens mit anderen, nicht-rotierenden Strukturen.
Diese Vorgehensweise…

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Die numerische Simulaton von geschichteten Blechpaketen, welche in Elektrischen Antrieben und Transformatoren auftreten, stellt aufgrund des Aufbaus dieser Komponenten eine Herausforderung in der Strukturmechanik dar. Je nach Herstellungsprozess stehen diese Bleche entweder in direktem Reibkontakt zueinander oder werden mit Hilfe von Backlack zusammengehalten. Insbesondere die Zwischenschicht und die Interaktion einzelner Bleche besitzen einen großen Einfluss auf die Struktur und können für ein nichtlineares Deformationsverhalten verwantwortlich sein. In Bezug auf Leistungsfähigkeit und Aufwand besteht das Ziel darin eine Finite-Element Simulation, in der jedes einzelne Blech diskretisiert wird, zu vermeiden, so dass in diesem Projekt auf Methoden der Homogenisierung zurückgegriffen wird, um ein adäquates Ersatzmaterialmodell zu formulieren, welches die spezielle Mikrostruktur dieser Blechpakete berücksichtigt.

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