Mehrkörperdynamik, Reibung und Verschleiß

In diesem Forschungsbereich behandeln wir Fragestellungen im Bereich der Dynamik technischer Systeme. Wir beschäftigen uns insbesondere mit der Mehrkörperdynamik komplexer technischer Systeme. Unter anderem untersuchen wir Schwingungen von Strukturen und deren Rückkopplung auf das betrachtete Gesamtsystem. Hierbei steht vor allem die Modellierung des (nichtlinearen-) Systemverhaltens im Vordergrund.

Ein wichtiges Themenfeld ist die Fahrwerkstechnik, denn regellose Fahrbahnanregungen im Reifen-Fahrbahn Kontakt oder wechselnde äußere Kräfte beeinflussen die Dynamik eines Fahrzeugs. Fahrwerksysteme werden detailliert als Mehrkörpermodell abgebildet. Die Modelle werden mittels experimenteller Messungen am realen System verifiziert und validiert. Der Detaillierungsgrad der Modelle wird entsprechend des Analyseschwerpunkts gewählt und reicht von einfachen Modellen, bestehend aus idealen Gelenken und Starrkörpern, bis zu komplexen elastischen Modellen mit reduzierten FE-Strukturkörpermodellen und zum Beispiel detaillierten Modellen für die Gummi-Metall-Lager. Fahrwerk- und Fahrzeugsysteme können so in der Simulation hinsichtlich unterschiedlicher Kriterien wie zum Beispiel Fahrdynamik, Fahrkomfort, Fahrsicherheit und Reifenverschleiß bewertet und ausgelegt werden.

Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit komplexen Reibvorgängen. Denn erst die Reibung zwischen zwei Körpern ermöglicht eine Kraftübertragung, wie zum Beispiel zwischen Rad und Schiene oder Reifen und Fahrbahn. Diese Systeme werden mithilfe von Modellreduktionsverfahren und Multiskalensimulationen handhabbar gemacht. Eine skalenübergreifende physikalische Modellierung ermöglicht die ortsaufgelöste und detaillierte Abbildung des Reibverhaltens, die sich zudem numerisch effizient abbilden lässt.

Der Kontakt zwischen Körpern führt durch die Kraftübertragung und ggf. durch die eintretende Relativverschiebung unter Umständen zur Beschädigung der Kontaktpartner. Der hierdurch einsetzende Verschleiß ist in den meisten technischen Anwendungen nicht gewollt. Die Vorhersage des Verschleißverhaltens basierend auf der Beschreibung des detaillierten Reibverhaltens und der damit einhergehenden Geometrieänderung der Kontaktpartner ermöglicht die Vorhersage von abrasiven Vorgängen.