Simulation eines Kontaktvorgangs mit Hilfe der FEM-Software ABAQUS

und LS-DYNA

Ziel dieser Studienarbeit war es einen reibungsbehafteten Kontaktvor-

gang unter Verwendung der kommerziellen Fem-Software Abaqus und

Ls-Dyna zu simulieren und die Ergebnisse zu vergleichen. Als Referenz-

beispiel, entwickelt im Rahmen eines Kooperationsprojekt der Univer-

sitäten Siegen und Karlsruhe, diente ein einfacher Block, welcher mit

einer vorgegebenen Anfangsgeschwindigkeit, v = 1ms , diagonal über ei-

ne wellenförmig strukturierte Unterlage rutscht (siehe Abb.: Kontakt-

vorgang). Im Rahmen einer Parameterstudie wurden zwei verschiedene

Reibungskoeffizienten, µ1 = 0, 5 und µ2 = 0, 75, sowie drei verschiedene

Materialen für die strukturierte Unterlage verwendet (siehe Tab.: Mate-

rialdaten). Das Material des Blocks (Stahl) blieb bei allen Simulationen

unverändert.

Material Dichte E-Modul Poissonzahl

Stahl 7850 kgm3 210 · 109 N

m2 0.3

Polypropylen 900 kgm3 1.3 · 109 N

m2 0.3

Schaumstoff 100 kgm3 3 · 106 N

m2 0.3

Materialdaten

Kontaktvorgang

Weitere elementare Arbeitspunkte waren, das Dokumentieren der jewei-

ligen Einstellungen in Abaqus und Ls-Dyna, das Darlegen des der-

zeitigen Stands der verwendeten Software im Hinblick auf verwendbare

Kontaktalgorithmen und die Generierung strukturierter Netze für beide

Bauteile, um eine angemessene Qualität der Ergebnisse zu gewährleisten.

Zum Lösen der Simulationen wurde ein expliziter Solver und lineare An-

satzfunktionen verwendet. Der Kontakt erfolgt unter dem Prinzip der

Coulomb-Reibung.

Nebenstehende Abbildungen dokumentieren die Ergebnisse der Simula-

tionen. Dargestellt sind die Energien (links) sowie die x-y-Verläufe ei-

nes Punktes des Blocks (rechts). Es stellte sich heraus, dass je weicher

das Material wird umso mehr die Ergebnisse voneiander abweichen. Im

obersten Plot rutscht der Block, bei einem Reibunsgkoeffizienten von

µ = 0.5, auf einem Stahlboden, im mittleren auf einem Polypropylen-

boden und im unteren auf einem Schaumboden. Desweiteren lassen die

oszillierenden Verläufe darauf schließen, dass der Block nicht glatt über

den Boden rutscht, sondern “ruckelt„. Die Variation des Reibungskoef-

fizienten hatte auf die Ergebnisse kaum Einfluss.

Bei der Gegenüberstellung der beiden Fem-Programme im Hinblick

auf vorhandene Kontaktalgorithmen verfügt Ls-Dyna im Vergleich zu

Abaqus über mehr Kontaktarten (über 40). Somit ist Ls-Dyna im

Hinblick auf Kontaktberechnungen deutlich flexibler.

Kinetische Energie und dissipierte Reibenergie (links) sowie

x-y-Verläufe (rechts)

Florian Schulz

Chair of Computational Mechanics

http://www.uni-siegen.de/fb11/nm/

UNIVERSITYOF SIEGEN