Boden- und Wechselwirkungssimulation

Boden- und Wechselwirkungssimulation
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Boden- und Wechselwirkungssimulation

Die hohe Einsatz- und Variantenvariabilität von Bau- und Landmaschinen stellt hohe Anforderungen an die Produktentwicklung. Insbesondere die Interaktion des Werkzeugs mit dem Boden beim Baggern oder Pflügen aber auch die Interaktion einer Erntemaschine mit dem Erntegut o.ä. sind kaum vorhersagbar. Bisher werden solche komplexen Wechselwirkungen meist messtechnisch erfasst und sind dadurch schwer in die virtuelle Produktentwicklung zu integrieren.

Ziel der Aktivitäten in diesem Bereich ist es deshalb, das Verhalten von komplexen Materialien, wie z.B. Boden oder Erntegut in die Simulation zu integrieren. Damit wird es möglich, Varianten unter sonst identischen Bedingungen zu vergleichen. Änderungen an der Konstruktion können auf ihre Wirkung hinsichtlich der Belastung der Maschine oder dem Fluss des Ernteguts in der Maschine untersucht werden.

Partikelsimulation

Methoden der klassischen Bodenmechanik, wie z.B. die Finite Elemente Methode (FEM) mit besonderen Materialmodellen für das nichtlineare Materialverhalten des Bodens, versagen in diesem Anwendungsfall. Eine besondere Herausforderung ist die Trennung des Materials z.B. beim Baggern. Neuartige Simulationsansätze, wie die Partikelsimulation, können mit diesen Randbedingungen besser umgehen. Insbesondere die Diskrete Elemente Methode (DEM) hat sich für Simulationen dieser Art bewährt.

Neben dem Einsatz der DEM in Industrieprojekten wird am Fraunhofer ITWM auch an der Weiterentwicklung der Partikelmethoden gearbeitet.

Reifensimulation

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Interaktion zwischen dem Fahrzeug und dem Untergrund ist die Interaktion zwischen Reifen- Bodenkontakt. Die am ITWM entwickelten Reifenmodelle wurden so erweitert, dass sie auch das Verhalten von nachgiebigem Boden berücksichtigen können. Dies erlaubt Analysen der Fahrzeugdynamik, des Einsinkens und der Lasten bei Offroadanwendungen.