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Rolldynamik des Luftreifens mit einer Vielteilchenmethode und der Methode der Finiten Elemente
Gleu, Jens-Uwe
In dieser Arbeit wird ein Weg vorgestellt, auf dem mit vertretbarem Aufwand der Übergangszustand vom abgeplatteten, stehenden zum stationär rollenden Luftreifen mit einer Kombination aus Einschicht- und Mehrschichtmodellen simuliert werden kann. Zur Analyse der äußeren Mechanik des instationär rollenden Reifens wird basierend auf der Vielteichenmethode (s. [Böhm.66a, Gallrein.92, Zachow.97, u.v.a.]) ein Einschichtmodell aufgebaut. Dieses liefert die Kontaktkräfte und die Felgenbewegung, welche dann als Ausgangsdaten zur Analyse des inneren Spannungs- und Deformationszustandes mit einem extra dafür entwickelten FE-Code verwendet werden. Die Zeitintegration des Vielteichenmodells für die äußere Mechanik erfolgt explizit nach einem adaptierten PK-Verfahren. In dem FE-Programm ist als Zeitintegrationsschema für die innere Mechanik des Gürtelreifens der Energie-Impuls-Erhaltungsalgorithmus (EMA) [Tarnow.93, Simo.92, Gonzales.96b, u.a.] implementiert. Dabei werden Stab- und Volumenelemente mit KIRCHHOFFschem Material verwendet. Außerdem kommen neu entwickelte, sehr robuste Volumenelemente mit MOONEY-RIVLIN-Material zum Einsatz, die bei speziellen Problemen bis zu 70mal schneller rechnen, als die dem Autor zugänglichen, am Markt vorhandenen Elemente.
In this work a method is presented, with which the simulation of the transitional stages from the flattened, standing towards the stationary rolling pneumatic tire becomes possible at an justifiable effort, using a combination of a one layer and a multi layer model. For the analysis of the outer mechanics of the non-stationary rolling tire a one layer model is established, based on the multi-particle-method [Böhm.66a, Gallrein.92, Zachow.97]. It provides both the contact forces and the rim movement, which then are used as initial data for the analysis of the inner stress and deformation state, calculated with a FE-code, developed especially for this purpose. The time-integration of the multi-particle-model for the outer mechanics is carried out explicitly with an adapted P-K-technique. In the FE-program the energy momentum conserving algorithm (EMA) [Tarnow.93, Simo.92, Gonzales.96b] is implemented as the time integration schema for the inner mechanics of the belted tire. Therefore rod- and volume elements with KIRCHHOFF material model are employed. Furthermore newly developed, very robust volume elements with MOONEY-RIVLIN material model are deployed, which, at specific problems, work up to 70 times faster than the for the author accessible, on the market available elements.
