Numerische Methoden für Gleitkontaktprobleme

  Kurbeltrieb Urheberrecht: Birgit Reinartz

DIe Vorlesung „Numerische Methoden für Gleitkontaktprobleme“ ist ein Wahpflichtfach für Master-Studierende der Studiengänge „Computational Engineering Science“, „Simulation Sciences“, „Allgemeine Maschinenbau“, und weiteren, geeignet.

Kontakt

Nicht verfügbar

Name

Violeta Karyofylli

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

Telefon

work
+49 241 80 99931

E-Mail

E-Mail
 

Termine

Wintersemester 2019/20: Der Kurs wird nicht angeboten.

Vorbereitungstreffen: -

Start: -

Vorlesung: -

Übung: -

 

Dozenten

Vorlesung: Dr.-Ing. Birgit Reinartz

Übung: Julian Angerhausen, M.Sc., Violeta Karyofylli, M.Sc.

Inhalt

Durch Schmierung mithilfe eines Schmierstoffs wird die Reibung und Abnutzung zwischen zwei Kontaktflächen reduziert. Allerdings kann ein Schmierstoff aufgrund des Auftretens von elastischen oder plastischen Verformungen den Kontakt zwischen den Flächen nicht vollständig vermeiden. Durch Oberflächenabnutzung verändern sich die Gleiteigenschaften. Diese Problematik umgibt uns in unserem alltäglichen Leben: ein Kolben in einem Zylinder, ein von einer Windkraftanlage angetriebenes Zahnrad, eine Kette zum Bewegen von schweren Lasten oder ein Fahrzeuglager.

Diese Vorlesung konzentriert sich auf eine numerische Herangehensweise von Gleitkontaktproblemen. Wir starten mit der numerischen Lösung der Reynolds Gleichungen und der Theorie der geschmierten Hertzschen Pressung. Anschließend beschäftigen wir uns mit der Berechnung von rauen Oberflächen und dem elasto-plastischen Materialverhalten. Schließlich betrachten wir die modernsten und fortschrittlichsten Methoden für Gleitkontaktprobleme basierend auf der Finite Elemente Methode und der numerischen Strömungsmechanik. In den Übungen werden wir entweder Python oder MATLAB verwenden, um unseren eigenen LCP Solver zu programmieren. Wir werden auch mit dem kommerziellen Solver FIRST einige Gleitkontaktprobleme numerisch lösen, um erste Erfahrungen auf dem Gebiet zu sammeln und das Gelernte umzusetzen.

Das Modul beinhaltet die Vorlesung mit 2 SWS und die Übung mit 1 SWS und umfasst 5 ECTS-Punkte. Zusätzlich wird es in der ersten Hälfte des Semesters eine praktische Übung geben, die als Vorbereitung für die Hausarbeit dient.

Themen

  • Einführung in gekoppelte Systeme und entsprechende numerische Lösungsverfahren, monolithische und partitionierte Lösungsstrategien, Eliminierungsverfahren, Co-Simulation
  • Strömungssysteme: Differentialgleichungen und numerische Schemata, Beschleunigungs- und Stabilisierungstechniken
  • Strukturierte Systeme: Differentialgleichungen und numerische Schemata, Kontaktmodelle
  • Gittererzeugungs- und Gitterverformungsalgorithmen unter Berücksichtigung von Kontakt
  • Kopplungsbedingungen und -durchsetzung, räumliche und zeitliche Kopplung, Finite Interpolation, Beschleunigungstechniken, Stabilisierungsmethoden, Predictor-Corrector-Verfahren
  • Lösungsverfahren für thermoelastische Verformungen, Realisierung von unterschiedlichen Zeitskalen
  • Multidisziplinäre Gestaltungsoptimierung für Gleitkontaktprobleme

Literatur

  1. Khonsari, Michael M., and E. Richard Booser. Applied tribology: bearing design and lubrication . John Wiley & Sons, 2017.

  2. Huang, Ping. Numerical calculation of lubrication: methods and programs . John Wiley & Sons, 2013.

  3. Yang, Bin, and Tod A. Laursen. A mortar-finite element approach to lubricated contact problems . Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 198.47-48 (2009): 3656-3669.

Prüfung

Die Abschlussnote wird sowohl auf der 20 min. mündlichen Prüfung (entweder auf Englisch oder auf Deutsch) (50%) und dem schriftlichen Bericht des Hausaufgabenproblems (entweder auf Englisch oder auf Deutsch) (50%) basieren.

 
Kurbeltrieb Simulation
Kurbeltrieb Simulation