Zentraler Fokus dieser Dissertation ist eine Methodik zur Modellierung und Simulation von dynamisch interagierenden Gurtmodellen in Diskrete-Elemente-Methode (DEM) -Simulationen.
In konventionellen DEM-Simulationen werden Gurtmodelle typischerweise als starre Oberflächen modelliert. Diese werden mit einem Kontaktmodell versehen, welches bei Kontakt mit gurtrepräsentierenden Oberflächen eine Bewegung in Schüttgutpartikeln bewirkt. Solche starren Gurtmodelle sind nicht in der Lage dynamische Wechselwirkungen abzubilden – weder mit auf dem Gurt beförderten Schüttgutpartikeln noch mit weiteren gurtinteragierenden Systemkomponenten, wie Trag- und Umlenkrollen. Im Gegensatz dazu ist für die numerische Simulation von Fördersystemen mit Gurten, die durch ihr dynamisches Verhalten die Systemeigenschaften maßgeblich beeinflussen, eine Betrachtung der Gurte als dynamisch interagierende Objekte unerlässlich. Solche Systeme sind z.B. Doppel- oder Schlauchgurtförderer. Darüber hinaus werden dynamisch-interagierende Gurtmodelle auch für Simulationen benötigt, bei denen die Analyse bestimmter Effekte, wie beispielsweise lokale Gurtverformung, von Interesse ist.
Die in dieser Arbeit vorgestellte Gurtsimulationsmethodik bezieht sich speziell auf Systeme, bei denen die Berücksichtigung dynamischen Gurtverhaltens essenziell ist. Dabei basiert die entwickelte Methodik auf der Verwendung eines Bonded-Particle-Gurtmodells (BP-Gurt), welches mit einer vorgegebenen geometrischen Form, angenähert an den Einbauzustand eines Gurtes in einem bestimmten System, initialisiert wird. Diese beiden Bereiche – der allgemeine Aufbau eines BP-Gurtes, sowie dessen Initialisierung in einbauzustandsnaher Form – bilden den Kern der Methodik.
Der allgemeine Aufbau eines BP-Gurtes ist dabei als flächig-rechteckige Anordnung und Verbindung quaderförmiger Partikel definiert. Für die Elemente, die diese Partikel zu einem gesamtheitlichen Gurtmodell verbinden, wird ein erweitertes Bonding-Modell angewandt, welches die Abbildung gurttypischer Flexibilitätseigenschaften ermöglicht.
Die Methode mit der ein solcher BP-Gurt initialisiert wird, wird als Gurtinitialisierung in einbauzustandsnaher Form vorgestellt. Sie beschreibt die Berechnung eines BP-Gurtes mit einer bestimmten komplexen, vorverformten Geometrie. Dazu wurde ein Algorithmus entwickelt, der es ermöglicht, eine als CAD-Modell vorgegebene Gurtgeometrie in einen entsprechenden BP-Gurt umzuwandeln. Dieser entwickelte Konvertierungsalgorithmus wurde auch in ein Softwaretool (BeltConverter) implementiert, um eine komfortable Nutzung über eine grafische Benutzeroberfläche zu ermöglichen. Als Erweiterung kann einem konvertierten BP-Gurt auch eine Anfangsgeschwindigkeit zugewiesen und somit die Initialisierung eines bereits laufenden BP-Gurtes ermöglicht werden. Durch dieses Initialisierungsprinzips wird eine deutliche Reduktion des benötigten Vorsimulationsaufwandes erreicht.
Die Anwendung der vorgestellten Methodik an industriebezogenen Beispielen veranschaulicht zahlreiche Vorteile, wie erheblich reduzierten Berechnungsaufwand, und zeigt vor allem die hervorragende Eignung dieser entwickelten Methodik zur DEM-Simulation mit dynamisch interagierenden Gurtmodellen.