Mechanische Modelle für verdrillte Kabel und Drahtseile mit Berücksichtigung der Kontaktinteraktion zwischen Drähten und Drahtstrukturen - Mechanik der Knoten, der Kabelverknüpfungen und der Kabelnetze

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Konyukhov; Professor Dr.-Ing. Karl Schweizerhof
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233359244

Drahtlitzen, zusammengesetzte Drahtseile sowie Faser- und Kabelbündel sowie deren technischer Einsatz sind nicht nur wichtige Praxisprobleme sondern auch heute noch für die Simulation schwierige Fragestellungen, die weitgehend, insbesondere auch in Detailfragen, noch einer Lösung bedürfen. Im Prinzip stehen nur für Teillösungen Näherungsformeln zur Verfügung und Kontaktfragestellungen wie das Gleiten und die Reibung sowohl zwischen den einzelnen Drähten im Kabelbündel und umgeben-den Körpern wie z.B. Sattellagern oder Kontinuumslagerflächen sind ungelöst. Dies betrifft auch die für die Aussagen zum Bruch und zur Lebensdauer wichtige Querschnittsdeformation, die aus Effizi-enzgründen bislang nur in sehr kleinen Modellen betrachtet wurde.Die mechanische Interaktion zwischen zusammengesetzten Drahtseilen und Kabeln erfordert neben der Betrachtung der mechanischen Fragestellungen von Einzeldrähten insbesondere die Weiterent-wicklung von Kontaktmodellen für die sehr unterschiedliche Kinematik von z.B. verdrillten und ge-kreuzten Drähten, von Drahtlitzen und zusammengesetzten Drahtseilen, Kabelbündeln sowie Knoten und auch Geweben. Das angestrebte Kontaktmodell für gekrümmte Linien soll dann ermöglichen, die vollständige Relativkinematik der Deformationen zu beschreiben und exakte, nicht vereinfachte Mo-delle für Drahtseile zu entwickeln, die im nächsten Schritt auch für eine Homogenisierung im Falle zusammengesetzter Seile genutzt werden können. Es soll außerdem ein spezielles finites Balkenele-ment mit isogeometrischen Ansätzen und C1-Kontinuität als effizientes Grundmodell für Seile und Drähte erstellt werden. Als wesentliche Erweiterung – quasi ein genaueres Modell – ist dann ein so-genanntes Volumen-Balkenelement vorgesehen, das sowohl C1-Kontinuität, Querschnittsdeformation wie auch anisotropes Verhalten im Querschnitt beinhalten wird. Die Kontaktinteraktion innerhalb von Knoten und zusammengesetzten Seilen wird dann um Algorithmen zur Darstellung anisotroper Rei-bung nicht nur tangential zur Fläche sondern auch bezüglich der Rotation jedes gekrümmten Elements separat ergänzt. Die Kontaktmodelle zwischen Seilen und umgebenden Oberflächen werden zudem um einen Algorithmus 'gekrümmtes Seil auf beliebig gekrümmter Fläche' erweitert. Damit soll dann die Erstellung eines exakten Modells eines zusammengesetzten Drahtseils mit exakter Kinematik (bei Berücksichtigung der Deformation und des Kontakts jedes einzelnen Drahtes) ermöglicht werden.Es wird als Endziel erwartet, dass die entwickelten Finiten Element Modelle die Erfassung des me-chanischen Verhaltens von Knoten deutlich verbessern und ermöglichen, sowohl das Verhalten eines zusammengesetzten Drahtseils umfassend zu beschreiben, als auch den Kontakt von textilen Verbin-dungen mit Fäden, Fadenbündeln und kompletten Textilgeweben korrekt abzubilden - ein bis heute weitgehend rechentechnisch ungelöstes Problem.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen