SidyW - Simulation dynamischer Widerstände in maschinellen Prozessen von Bau- und Fördermaschinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andrè Katterfeld; Professor Dr.-Ing. Günter Kunze
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Mechanik ; Verkehrs- und Transportsysteme, Intelligenter und automatisierter Verkehr
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 320146379

Die Bereiche Baumaschinen- und Fördertechnik verbindet allgemein die Problematik der Interaktion zwischen Gut und Maschine. Der Begriff 'Gut' steht hier allgemein für die granularen Medien, die beim eigentlichen Arbeitsprozess von der Baumaschine oder beim regulären Transport auf kontinuierlich arbeitenden Stetigförderern bewegt werden. Die Interaktion von Maschine und Gut definiert den Arbeits- und Transportprozess. Das steigende Bedürfnis nach mehr Energieeffizienz, längeren Produktlebenszeiten sowie der erhöhte Kostendruck, haben dazu geführt, dass der Wunsch nach effizienten domänenübergreifenden Simulationsmethoden stark zugenommen hat. Dieser Wunsch wird durch den Fakt verstärkt, dass Bau- und Fördermaschinen oft in Kleinserie oder als Unikate gefertigt werden und eine Erprobung an Prototypen meist zu unwirtschaftlich ist. Aus den genannten Gründen hat der Einsatz von Maschine-Prozess-Simulationen, als Werkzeug der Produktentwicklung, in den letzten Jahren erheblich zugenommen. Die partikelmechanischen Vorgänge werden dabei meist durch die Diskrete Elemente Methode (DEM) abgebildet, deren idealisierte Gutparameter durch aufwändige Kalibrierungsprozeduren bestimmt werden müssen. Unter Kalibrierung wird dabei eine Prozedur zur inversen Parameterfindung verstanden, bei der experimentelle Untersuchungen mit Ergebnissen von Simulationsserien mit variierenden Parametern verglichen werden. Bisher stand vorwiegend die Abbildung eines realitätsnahen Fließverhaltens der granularen Stoffe im Fokus der wissenschaftlichen Betrachtungen, welches für realitätsnahe prospektive Belastungsanalysen nicht ausreichend ist. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung einer Methode zur automatisierten Parametrierung von DEM-Modellen, welche für die Berechnung der dynamischen Arbeits- und Bewegungswiderstände an Bauteilen mobiler Baumaschinen und Fördergeräte angewendet werden kann. Dies ist der Schlüssel zur realistischen Ermittlung von Prozesslasten und Bewegungswiderständen. Erst damit ist eine realitätsnahe prospektive Analyse solcher Maschinen möglich. Wesentlicher Forschungsbedarf gilt der Erstellung eines effizienten Optimierungssystems sowie Werkzeugen und Methoden der Ergebnisextraktion und -aufbereitung. Mit dem Begriff Optimierungssystem sind alle Komponenten gemeint, welche zu einer Optimierung beitragen (Initialisierung, Optimierungsalgorithmus, Zielfunktionswertberechnung, usw.). Es sollen neue Ansätze der intelligenten Initialisierung wie auch der Auswertung multikriterieller Zielstellungen untersucht und erforscht werden. Als verwendete Optimierungsalgorithmen kommen dabei Methoden der Künstlichen Neuronalen Netze und Ersatzmodell-gestützte Verfahren zum Einsatz. Während die Parametrierung selbst anhand einfacher Kalibrierversuche erfolgt, soll die Validierung der kalibrierten Modelle, d.h. ein Vergleich von Simulationsergebnissen und experimentellen Messdaten, an Versuchen im Praxismaßstab stattfinden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen