Modellierung von Kontakten komplex geformter Körper in der Mehrkörperdynamik

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt Grundlagen, Modellierung, Implementierung und Anwendung eines Verfahrens zur Analyse von Kontaktvorgängen zwischen komplex geformten Körpern im Rahmen der Mehrkörperdynamik. Nach einer kurzen Einführung werden einige Grundlagen der Simulation von Mehrkörpersystemen erläutert. Es folgt eine Übersicht der wichtigsten Methoden zur Kontaktanalyse, wobei zwischen Festkörper- und Oberflächenmodellen sowie eindimensionalen Modellen unterschieden wird. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Polygonflächen-Kontaktmodell basiert auf Körperoberflächen in Polygondarstellung. Die ausführlich erläuterten Methoden und Algorithmen zur Kollisionserkennung sowie zur Approximation und Diskretisierung der Kontaktgebiete weisen daher eine enge Verwandtschaft zur Computergrafik auf. Zur Bestimmung der Kontaktspannungen wird auf die Kontaktelemente ein um viskose Dämpfung erweitertes Randschichtmodell sowie eine regularisierte Version des Coulombschen Reibegesetzes angewendet. Vier Simulationsbeispiele unterschiedlicher Komplexität demonstrieren die Anwendung des Verfahrens. Mehrfache, mehrfach berandete und schmiegende Kontakte werden robust und effizient ausgewertet. Die Arbeit schließt mit einer Bewertung der Ergebnisse und einem Ausblick.