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Projekt
Multiphysikalische und mehrskalige theoretisch-numerische Modellierung der Reifen-Fahrbahn-Interaktion
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Michael Kaliske
Fachliche Zuordnung
Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
Förderung
Förderung von 2014 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 239224712
Die Entwicklung dauerhafter Straßenbefestigungen für zukünftige Verkehrsbelastungen erfordert einerseits tiefe Kenntnisse der während der Überrollvorgänge stattfindenden kurzzeitigen Prozesse im Innern der Teilsysteme Fahrzeug, Reifen und Fahrbahn sowie der jeweiligen Interaktionen und andererseits die Prognose der daraus resultierenden langzeitigen Auswirkungen auf die Fahrbahn. Außerdem besitzt das Fahrzeug-Reifen-Fahrbahnsystem viele Eingangsgrößen, wie z.B. Materialeigenschaften, klimatische Einflüsse, Beladung und Fahrzustand der Fahrzeuge, Reifenzustand, die a priori nicht genau bekannt sind aber das gekoppelte System wesentlich beeinflussen. Daher ist eine nichtdeterministische (unscharfe) Betrachtung des gekoppelten Systems notwendig, um daraus die für die Fahrbahn schädigungsrelevanten Einflüsse abzuleiten. Die Komplexität dieser Fragestellungen ist nur im Rahmen der Forschergruppe adäquat erfassbar. Im ersten Antragszeitraum des Teilprojekts wurde eine kontinuumsmechanische makroskopische und thermomechanische finite Element (FE) Formulierung des gekoppelten Reifen-Fahrbahn-Interaktionsmodells für einzelne kurzzeitige Überrollungen auf Basis einer stationären Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) Formulierung entwickelt und ein mehrskaliges Modell der Gummireibung auf rauen Fahrbahnoberflächen aufgebaut. Neben der Weiterentwicklung dieser Teilmodelle ist die numerisch effektive Erfassung und Prognose des langzeitigen Strukturverhaltens von Fahrbahnen (Spurrinnenbildung) mittels einer zeitlichen Mehrskalenanalyse ein Hauptziel dieses Teilprojekts im aktuellen Antragszeitraum. Neben den vielfach wiederholten kurzzeitigen mechanischen Einwirkungen aus rollenden Reifen sind auch die klimatischen Einflüsse auf die Fahrbahn in Form zeitabhängig variierender Temperaturfelder infolge von Tag-Nacht-Wechseln sowie dem Jahreszeitenverlauf im Modell zu berücksichtigen. Eine solch komplexe zeitliche Mehrskalenanalyse ist nach dem Wissen des Antragstellers neu. Als Grundlage dafür sind zunächst die langzeitigen Charakteristiken der untersuchten Asphalte sowie des Schichtenverbunds mit kontinuumsmechanischen Modellen zu erfassen, die auf Basis der experimentellen Untersuchungen in Teilprojekt 4 und numerischen Berechnungen am mikroskaligen Asphaltmodell in Teilprojekt 2 entwickelt werden. Ein weiteres Hauptziel ist die Entwicklung eines grundlegenden Verständnisses zur Sensitivität und Unschärfe des Fahrbahnverhaltens bezüglich der einzelnen unscharfen Einflussgrößen sowie die Identifikation der Größen mit dem größten Einfluss auf die Dauerhaftigkeit der Fahrbahnen als Basis für gezielte Optimierungen. Dafür wird eine unscharfe Modellierung der Fahrbahn aufgebaut. Wichtig und neu ist die Erfassung der Ortsabhängigkeit der unscharfen Ergebnisgrößen, da der Einfluss der unscharfen Eingangsgrößen auf die Ergebnisse in verschiedenen Punkten der Fahrbahn unterschiedlich stark ist.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
