Grundlegende Untersuchungen von Halmmodellstrukturen mit der Diskreten Elemente Methode zur Modellierung landtechnischer Prozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Ludger Frerichs
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256573739

Die Anwendung der Diskreten Elemente Methode (DEM) erfährt eine zunehmende Verbreitung bei der Simulation der Prozesse in landtechnischen Maschinen. Die grundsätzliche Eignung der DEM auch zur Simulation halmgutrelevanter Prozesse kann als gegeben angenommen und ein hohes Einsatzpotenzial bei der zukünftigen Maschinen- und Prozessentwicklung erwartet werden. Aus Recherche der aktuellen Forschungsvorhaben wird jedoch deutlich, dass die Simulation von Halmgutprozessen mit Hilfe der DEM noch nicht ausreichend erforscht ist und problemgerecht genutzt werden kann. Es ist u.a. noch unklar, in welcher Form und mit welchem Detaillierungsgrad eine Modellbildung in Abhängigkeit des zu untersuchenden Prozessschwerpunktes zu erfolgen hat. Dementsprechend fehlt bislang ein einheitliches systematisches Vorgehen zur prozessspezifischen Modellierung von Halmgut. Außerdem erfolgt die Parametrierung der Bindungen und Partikel derzeit überwiegend iterativ und nicht gezielt über mechanische Ersatzmodelle.Das erste Kernziel dieses Projekts sind daher grundlegende prozessspezifische Halmmodelle für die DEM-Simulation zu untersuchen, die auf der Basis verschiedener Grundmodellarten aufbauen. Diese Modelle sind dann an die jeweiligen Anforderungen der betrachteten Prozesse angepasst (z. B. für Förder-, Schneid- und Verdichtungsprozesse) und es ist bekannt, wie sich Veränderungen der Modelle (z. B. der Komplexitätsgrad) auf die Güte der Simulation auswirken. Ergänzend dazu soll am Ende des Projektes eine Methode vorliegen, die in Abhängigkeit des abzubildenden Prozesses beschreibt, welcher Komplexitätsgrad der Halmgutmodelle verwendet werden sollte.Das zweite Kernziel ist eine Methode zur zielgerichteten modellstrukturabhängigen Parametrierung der Modellbindungen und Partikel. Diese Methode soll es nach Durchführung von definierten Versuchen zur Ermittlung von Stoffkennwerten ermöglichen, die Modellbindungen und die Partikel ohne Iterationsschritte zu parametrieren.Weiterhin sollen Maßnahmen zur Reduzierung der Modellkomplexität identifiziert werden, um den Modellierungs- und Parametrierungsaufwand zu verringern sowie insbesondere die Rechenzeit zu verkürzen. Die Modelle und Methoden werden mithilfe von realen exemplarischen Teilprozessschritten validiert.Der zentrale Erkenntnisgewinn dieses Projektes liegt in der Schaffung einer wissenschaftlich erarbeiteten Grundlage für ein Simulationswerkzeug auf Basis der DEM zur Abbildung halmgutrelevanter Prozesse. Durch diese soll künftig bekannt sein, welche Grundmodelle zur Abbildung von Halmgut geeignet sind und insbesondere für welchen Prozess welcher Modellaufbau gewählt werden muss. Darüber hinaus liegen Erkenntnisse für eine zielgerichtete Parametrierung der Modellbindungen und Partikel vor.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen