Modellierung viskoelastischer Stoffe in landtechnischen Prozessen mit der Diskrete-Elemente-Methode

Wichtige Ziele für die Entwicklung neuer Landmaschinen sind die Optimierung und Effizienzsteigerung der landtechnischen Prozesse. Der hohe Entwicklungsaufwand der komplexen Maschinen ist durch Versuche allein nicht umsetzbar und benötigt Simulationsmethoden zur Unterstützung. Zur Abbildung und Optimierung landtechnischer Prozesse erweist sich die DEM als besonders geeignet. Aufgrund des zellulären Aufbaus und Wassergehalts der Erntegüter erfordert deren Simulation viskoelastische Materialmodelle, um valide Ergebnisse für das Stoß- und Gutstromverhalten zu liefern.
In dieser Arbeit wird ein Vorgehen zur Modellierung viskoelastischer Erntegüter beschrieben und am Beispiel von Kartoffelknollen angewendet. Dabei wird der Einfluss der Modellqualität auf das simulierte Materialverhalten berücksichtigt. Die Parameter des Stoß- und des Gutstromverhaltens der Kartoffelknollen werden versuchstechnisch ermittelt und in ein Standardmodell aus bekannten Teilmodellen sowie in ein optimiertes Simulationsmodell (Zielmodell) mit neu entwickelten Modellerweiterungen übertragen.
Zur Validierung des Stoßverhaltens werden die Kräfte und Verformungen bei Be- und Entlastung untersucht. Das Gutstromverhalten wird über die Aufteilung einer Kartoffelmenge in einem Förderprozess validiert. Das Zielmodell zeigt gegenüber dem Standardmodell eine deutlich verbesserte Darstellung des Stoß- und Gutstromverhaltens.
Die Validierungsergebnisse bestätigen die Methode zur Modellierung viskoelastischer Erntegüter und demonstrieren ihre Eignung zur Optimierung landtechnischer Prozesse.