Numerische Verschleißsimulation auf Basis tribologischer Untersuchungen am Beispiel von PTFE-Manschettendichtungen:
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Stuttgart
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2012
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INHALTSVERZEICHNIS VII
INHALTSVERZEICHNIS
ABKUERZUNGEN X
FORMELZEICHEN XI
ABSTRACT XIII
1 EINLEITUNG UND ZIEL DER ARBEIT 1
2 STRUKTUR DER ARBEIT 3
3 STAND DER TECHNIK 5
3.1 RADIAL-WELLENDICHTUNGEN 5
3.1.1 PTFE-MANSCHETTENDICHTUNG 5
3.1.2 WERKSTOFF 6
3.2 VERSCHLEISS AN DICHTUNGEN 7
3.3 VERSCHLEISSMODELLE 9
3.4 VERSCHLEISSSIMULATION 10
3.4.1 ALLGEMEIN 11
3.4.2 DICHTUNGSTECHNIK 11
4 PRUEFEINRICHTUNGEN 13
4.1 TRIBOPRUEFSTAND 13
4.1.1 PRUEFPRINZIP 13
4.1.2 PRUEFSTANDSDATEN 15
4.2 DAUERLAUFPRUEFSTAND 16
4.3 ZUGPRUEFMASCHINE 17
4.4 FRT-MICROPROF 18
4.5 HOMMELTESTER T8000 18
4.6 BERUEHRBREITEN-MESSGERAET 19
4.7 MIKROSKOP 19
4.8 EINGIESSVORRICHTUNG 20
5 VERSCHLEISSUNTERSUCHUNGEN 21
5.1 EINLAUFVERSCHLEISS (BEREICH I) 24
5.1.1 VERSUCHSPARAMETER 24
5.1.2 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 25
5.1.3 VERSUCHSAUSWERTUNG 26
5.1.3.1 VERSUCHSREIHE 1 27
5.1.3.2 VERSUCHSREIHE 2 29
5.1.3.3 VERSUCHSREIHE 3 31
5.1.4 UEBERGANGSPHASE VON BEREICH I NACH BEREICH II 33
5.2 PHASE KONSTANTEN VERSCHLEISSES (BEREICH II) 34
5.2.1 VERSUCHSPARAMETER 34
5.2.2 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG UND -AUSWERTUNG 36
5.2.3 VERSUCHSERGEBNISSE BEREICH II 36
5.3 ZERSTOERENDER VERSCHLEISS (BEREICH III) 38
5.3.1 BEENDIGUNG DER VERSUCHE DURCH ZERSTOERENDEN VERSCHLEISS 38 5.3.2
VERSUCHSERGEBNISSE BEREICH III 39
5.4 FAZIT DER VERSCHLEISSUNTERSUCHUNGEN 40
5.4.1 ERGEBNISBEWERTUNG 40
5.4.2 ANWENDUNGSHINWEISE FUER DEN UNTERSUCHTEN WERKSTOFF 42
5.4.3 ALLGEMEINES VORGEHEN ZUR ERMITTLUNG VON VERSCHLEISSKENNWERTEN 43
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IMAGE 2
VIII
INHALTSZEICHNIS
6 VERSCHLEISSMODELLE 44
6.1 LINEARES V ERSCHLEISSMODELL 44
6.2 NICHTLINEARES VERSCHLEISSMODELL 45
6.3 ENERGETISCHES VERSCHLEISSMODELL 47
7 VERSCHLEISSSIMULATION 50
7.1 VERWENDETE SOFTWARE 51
7.1.1 FEM-PROGRAMME 51
7.1.2 USER-SUBROUTINEN 51
7.1.3 FORTRAN-COMPILER 52
7.2 FUNKTIONSWEISE DER VERSCHLEISSSIMULATION 52
7.2.1 REDUZIERUNG DES MODELLVOLUMENS 52
7.2.2 SPANNUNGEN IN DER KONTAKTZONE 54
8 SIMULATIONSMETHODE A 56
8.1 ABLAUF DER VERSCHLEISSSIMULATION 56
8.2 VERSCHIEBUNG DER KNOTEN 57
8.3 KONTURERHALTUNG 58
8.4 VOLUMENBERECHNUNG 60
8.5 BERECHNUNG DER KNOTENVERSCHIEBUNG 61
8.6 DYNAMISCHE GLEITWEGANPASSUNG 61
8.6.1 GLEITWEGANPASSUNG MITTELS ABSTANDSDIFFERENZ 63
8.6.2 GLEITWEGANPASSUNG MITTELS SPANNUNGSQUOTIENT 64
8.6.3 GLEITWEGANPASSUNG UEBER MAXIMALE VERSCHLEISSHOEHE 65
8.6.4 VERGLEICHENDE BEWERTUNG DER METHODEN ZUR GLEITWEGANPASSUNG 67 8.7
3D-VERSCHLEISSSIMULATION 67
8.7.1 ERMITTLUNG DER KNOTENKETTE 68
8.7.1.1 BESTIMMUNG DER KNOTENKETTE FUER ECKKNOTEN 70
8.7.1.2 BESTIMMUNG DER KNOTENKETTE FUER RANDKNOTEN 71
8.7.1.3 BESTIMMUNG DER KNOTENKETTE FUER MITTELKNOTEN 72
8.7.2 RICHTUNG DER KNOTENVERSCHIEBUNG 73
8.7.3 EINSCHRAENKUNGEN BEI DER VERSCHLEISSSIMULATION DREIDIMENSIONALER
KOERPER. 75 8.8 FAZIT DER METHODE A 76
9 SIMULATIONSMETHODE B 77
9.1 GRUNDLAGEN AUTOMATISCHER VERNETZUNGSALGORITHMEN 77
9.2 VERNETZUNGSALGORITHMEN MITTELS DELAUNAY-TRIANGULATION 78
9.3 UMSETZUNG INNERHALB DER SIMULATIONSMETHODE B 79
9.4 GRUNDLEGENDER ABLAUF DER SIMULATION NACH METHODE B 80
9.4.1 SUBROUTINE READPARAMETERS 81
9.4.2 SUBROUTINE CCLSORT 81
9.4.3 SUBROUTINE CHECKMESH 82
9.4.4 SUBROUTINE DELETENODES 82
9.4.5 SUBROUTINE VERSCHLEISS 83
9.4.6 SUBROUTINE WEGANPASSUNG 83
9.4.7 SUBROUTINE MESHER 84
9.4.8 SUBROUTINE WRITEBLOCKS 84
9.5 FAZIT DER METHODE B 84
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS IX
10 ANWENDUNG DER VERSCHLEISSSIMULATION 86
10.1 VERWENDETE MATERIALMODELLE FUER PTFE-WERKSTOFFE 86
10.1.1 DETAILLIERTES RELAXATIONSMODELL 86
10.1.2 EINFACHES RELAXATIONSMODELL 91
10.2 FE-MODELLE 93
10.2.1 UNTERSUCHTE GEOMETRIEVARIANTEN 93
10.2.2 SIMULATIONSVORBEREITUNGEN 95
10.2.3 VERNETZUNG DER VERSCHLEISSBEREICHE 96
10.3 SIMULATIONSERGEBNISSE 97
11 VALIDIERUNG DER VERSCHLEISSSIMULATION 100
11.1 TRIBOMETERVERSUCHE 100
11.2 VERSCHLEISSUNTERSUCHUNGEN AN PTFE-MANSCHETTEN 101
11.3 VERSCHLEISSSIMULATION AN ELASTOMEREN WERKSTOFFEN 106
12 DISKUSSION DER ERGEBNISSE 110
12.1 BEWERTUNG DER ERGEBNISSE 110
12.1.1 VERSCHLEISSUNTERSUCHUNGEN 110
12.1.2 VERSCHLEISSSIMULATION 110
12.2 NUTZEN FUER DIE PRAXIS 111
12.3 VORGEHEN BEI DER VERSCHLEISSSIMULATION 112
13 ZUSAMMENFASSUNG IIS
14 LITERATURVERZEICHNIS 116
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