TP1

TEILPROJEKT 1 - MULTIPHYSIKALISCHE UND MEHRSKALIGE THEORETISCH-NUMERISCHE MODELLIERUNG DER REIFEN-FAHRBAHN-INTERAKTION

Technische Universität Dresden - Institut für Statik und Dynamik

Leitung: Prof. Michael Kaliske
Bearbeiter: Ronny Behnke
Unterstützung: Ines Wollny, Felix Hartung

Aufgabengebiet

Aufgabe des Teilprojekts 1 ist die numerisch effektive kontinuumsmechanische makroskopische und thermomechanische finite Element (FE) Formulierung des gekoppelten Reifen-Fahrbahn-Interaktionsmodells auf Basis einer stationären Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) Formulierung. Das aus einem inelastischen thermomechanischen ALE FE-Reifenmodell und einem inelastischen thermomechanischen ALE FE-Fahrbahnmodell bestehende konsistent gekoppelte Interaktionsmodell berücksichtigt die Deformationen von Reifen und Fahrbahn beim Rollkontakt, wobei die thermomechanische Kontaktformulierung anhand einer Mehrskalenanalyse unter Berücksichtigung von Hysterese- und Adhäsionsreibungseffekten numerisch berechnet und als homogenisiertes Reibgesetz auf der Basis eines neuronalen Netzes in das Reifen-Fahrbahn-Interaktionsmodell implementiert wird. Die Kopplung zur Fahrzeugsimulation, die im Teilprojekt 5 ausgeführt wird, erfolgt indirekt durch den Austausch der systemrelevanten Einflussgrößen, wie z.B. von Reifenlasten, Reifencharakteristiken und Kraftübertragungseigenschaften in der Aufstandsfläche des Reifens.

Für die numerisch effektive Erfassung der langzeitigen und die Dauerhaftigkeit der Straßenbefestigung beeinflussenden Vorgänge ist eine zeitliche Mehrskalenanalyse der Reifen-Fahrbahn- Interaktion vorgesehen, die neben den vielfach wiederholten kurzzeitigen mechanischen Einwirkungen auf die Fahrbahn aus den rollenden Reifen auch die klimatischen Einflüsse auf die Fahrbahn in Form zeitabhängig variierender Temperaturfelder infolge von Tag- Nacht-Wechseln sowie dem Jahreszeitenverlauf berücksichtigt.

Ziele

  • Entwicklung eines generellen Verständnisses der komplexen Interaktionen im gekoppelten System Fahrzeug-Reifen-Fahrbahn.
  • Effiziente und zuverlässige Strukturanalyse und Prognose des thermomechanischen Verhaltens des Reifen-Fahrbahn-Systems.
  • Erlangung vertiefter Kenntnisse der kurzzeitigen, dynamischen Prozesse innerhalb der Fahrbahn infolge einzelner Überrollungen durch stationär rollende Reifen sowie des thermomechanischen und inelastischen Strukturverhaltens von Reifen bei variierenden Lasten, Geschwindig¬keiten und Fahrmanövern.
  • Ableitung von Parametern für verbesserte Dauerhaftigkeit und geringere Schadensanfälligkeit von Fahrbahnkonstruktionen.
  • Verbessertes Verständnis der Prozesse innerhalb der Fahrbahn infolge mehrfacher Überrollung unter Berücksichtigung der variierenden Temperaturzustände der Fahrbahnbefestigung bedingt durch klimatische Einflüsse.

Publikationen

2023

  • Behnke, R.; Kaliske, M., Schuck, B; Stein, M.; Alber, S.; Ressel, W.; Wellner, F.; Leischner, S.; Canon Falla, G.; Eckstein, L.: From the material behaviour to the thermo-mechanical long-term response of asphalt pavements and the alteration of surface drainage due to rutting: a sensitivity study. International Journal of Pavement Engineering 24 (2023) 2247132, doi: 10.1080/10298436.2023.2247132
  • Hartung, F.; Friederichs, J.; Eckstein, L.; Kaliske, M.: Experimental and numerical investigation on multiscale hysteresis friction on artificial printed surfaces. Tribology International 177 (2023) 107999, doi: 10.1016/j.triboint.2022.107999

2021

  • Kaliske, M.; Oeser, M.; Eckstein, L.; Leischner, S.; Ressel, W.; Wellner, F.: Coupled System Pavement – Tire – Vehicle: A Holistic Computational Approach. In: Wriggers, P.; Eberhard, P. (Hrsg.): Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics, Vol. 96, Springer, Cham, 2021
  • Kaliske, M.; Behnke, R.; Wollny, I.: Vision on a digital twin of the road-tire-vehicle system for future mobility. Tire Science and Technology 49 (2021) 2-18

  • Behnke, R.; Canon Falla, G.; Leischner, S.; Händel, T.; Wellner, F.; Kaliske, M.: A continuum mechanical model for asphalt based on the particle size distribution: Numerical formulation for large deformations and experimental validation. Mechanics of Materials 153 (2021); doi: 103703

  • Wollny, I.; Hartung, F.; Kaliske, M.; Canon Falla, G.; Wellner, F.: Numerical investigation of inelastic and temperature dependent layered asphalt pavements at loading by rolling tyres. International Journal of Pavement Engineering 22 (2021) 97-117
  • Behnke, R.; Hartung, F.; Wollny, I.; Kaliske, M.: Multiscale and multiphysical tire-pavement analysis: A mesostructure inspired material model for the short- and long-term material behavior of asphalt. In: Chen, X.; Yang, J.; Oeser, M.; Wang, H. (eds.): Functional Pavements. CRC Press, Taylor & Francis Group, London, 2021, 315-319

2020

  • Wollny, I.; Hartung, F.; Kaliske, M.; Liu, P.; Oeser, M.; Wang, D.; Canon Falla, G.; Leischner, S.; Wellner, F.: Coupling of microstructural and macrostructural computational approaches for asphalt pavements under rolling tire load. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering 35 (2020) 1178-1193
  • Alber, S.; Schuck, B.; Ressel, W.; Behnke, R.; Canon Falla, G.; Kaliske, M.; Leischner, S.; Wellner, F.: Modeling of surface drainage during the service life of asphalt pavements showing long-term rutting: A modular hydro-mechanical approach. Advances in Materials Science and Engineering 2020 (2020); doi: 8793652
  • Alber, S.; Schuck, B.; Ressel, W.; Behnke, R.; Canon Falla, G.; Kaliske, M.; Leischner, S.; Wellner, F.: Modeling of surface drainage during the service life of asphalt pavements showing long-term rutting: A modular hydro-mechanical approach. Advances in Materials Science and Engineering 2020 (2020) 8793652, doi: 10.1155/2020/8793652

2019

  • Behnke, R.; Wollny, I.; Hartung, F.; Kaliske, M.: Thermo-mechanical finite element prediction of the structural long-term response of asphalt pavements subjected to periodic traffic load: Tire-pavement interaction and rutting. Computers and Structures 218 (2019) 9-31
  • Behnke, R.; Kaliske, M.: Mehrzeitskalen-Finite-Elemente-Modellierung der Reifen-Fahrbahn-Interaktion für Kurz- und Langzeitvorhersagen. In: Wellner, F. (ed.): 6. Dresdner Asphalttage, Institut für Stadtbauwesen und Straßenbau, Technische Universität Dresden, 2019, S. 27-38
  • Kaliske, M.; Behnke, R.; Wollny, I.: Vision on a Digital Twin of the Road System for Future Mobility. In: 38th Meeting of the Tire Society, Akron, 2019
  • Wollny, I.; Sun, W.; Kaliske, M.: Modelling the Soil-Water Interaction at Fluid-Infiltrated Roads under Loading of Steady State Rolling Tires. In: Proceedings of the 8th GACM Colloquium on Computational Mechanics: For Young Scientists From Academia and Industry, August 28th–30th, 2019 University of Kassel, Germany. kassel university press GmbH, 2019

2018

  • Behnke, R.; Kaliske, M.: Square block foundation resting on an unbounded soil layer: Long-term prediction of vertical displacement using a time homogenization technique for dynamic loading. Soil Dynamics and Earthquake Engineering 115 (2018) 448-471, doi: 10.1016/j.soildyn.2018.07.045
  • Hartung, F.; Kienle, R.; Götz, T.; Winkler, T.; Ressel, W.; Eckstein, L.; Kaliske, M.: Numerical determination of hysteresis friction on different length scales and comparison to experiments, Tribology International 127 (2018) 165-176, doi: 10.1016/j.triboint.2018.05.018
  • Wollny, I.; Sun, W.; Kaliske, M.: Modelling of the Tire-Soil-Water Interaction at Fluid-Infiltrated Roads via a Hierarchical Sequential Poromechanical ALE Formulation. In: 6th European Conference on Computational Mechanics (ECCM 6), Glasgow, UK, 2018
  • Wollny, I.; Kaliske, M.; Serafinska, A.; Behnke, R.: Towards the Development of a Digital Twin for the Tire. In: 14th International Conference Intelligent Tire Technology, Dresden, 2018
  • Kaliske, M.; Wollny, I.; Hartung, F.; Götz, M.: Holistic simulation of tire-pavement-system: mechanics and uncertainty. In: Advances in Materials and Pavement Performance Prediction, Doha, Katar, 2018
  • Behnke, R.; Wollny, I.; Kaliske, M.: Tire-pavement interaction and rutting: Finite element prediction of the structural long-term response of asphalt pavements subjected to periodic traffic loads. In: 5th Chinese-European Workshop on Functional Pavement Design, Changsha, China, 2018
  • Kaliske, M.; Wollny, I.; Hartung, F.: Simulation of the temperature dependent interaction between asphalt pavements and rolling tires. In: 5th Chinese-European Workshop on Functional Pavement Design, Changsha, China, 2018

2017

  • Wollny, I.; Sun, W.; Kaliske, M.: A hierarchical sequential ALE poromechanical model for tire-soil-water interaction on fluid infiltrated roads. International Journal for Numerical Methods in Engineering (2017), doi: 10.1002/nme.5537
  • Wollny, I.; Hartung, F.; Kaliske, M.: Untersuchung zum Einfluss des Fahrbahnaufbaus auf die Beanspruchung im Asphalt. In: Wellner, F. (ed.): 5. Dresdner Asphalttage, Institut für Stadtbauwesen und Straßenbau, Technische Universität Dresden, 2017, 59-71
  • Kaliske, M.; Wollny, I.; Behnke, R.: Tire-pavement interaction: a coupled thermomechanical simulation of the tire-pavement system that considers inelastic and temperature-dependent material properties. Tire Technology International 2017 Annual Review (2017) 36-39
  • Hartung, F.; Kaliske, M.: Multiscale Rubber Friction Analysis on Rough and Flexible Surfaces. In: 88th GAMM Annual Meeting, Weimar, 2017
  • Kaliske, M.; Oeser, M.; Ressel, W.; Wellner, F.; Eckstein, L.: Advanced Characterization and Modelling of Pavement Surface Texture and Skid Resistance: A Comprehensive Approach Considering Chassis-, Tire- and Pavement Dynamics. In: ISAP Symposium 2017, Washington D.C., 2017
  • Wollny, I.; Sun, W.; Kaliske, M.: A hierarchical sequential ALE poromechanical model for tire-soil-water interaction on fluid infiltrated roads. International Journal for Numeri-cal Methods in Engineering 112 (2017) 909-938, doi: 10.1002/nme.5537

2016

  • Falk, K.; Lang, R.; Kaliske, M.: Multiscale Simulation to Determine Rubber Friction on Asphalt Surfaces. Tire Science and Technology 44 (2016) 226-247
  • Wollny, I.; Hartung, F.; Kaliske, M.: Numerical Modeling of Inelastic Structures at Loading of Steady State Rolling: Thermo-mechanical Asphalt Pavement Computation. Computational Mechanics 57 (2016) 867-886
  • Wollny, I.; Behnke, R.; Villaret, K.; Kaliske, M.: Numerical modelling of tire-pavement-interaction phenomena: Coupled structural investigations. Road Materials and Pavement Design 17 (2016) 563-578
  • Wollny, I.; Hartung, F.; Kaliske, M.: Finite-Elemente-Simulation der Reifen-Fahrbahn-Interaktion. Bauingenieur 91 (2016) 506-517
  • Hartung, F.; Wollny, I.; Kaliske, M.: Modelling tire impact on pavements: thermomechanical tire model and multi-scale analysis of rubber friction. In: 4th Chinese-European Workshop on Functional Pavement Design, Delft, 2016
  • Wollny, I.; Hartung, F.; Kaliske, M.: Thermomechanical computation of Layered pavements at rolling tire loading. In: 4th Chinese-European Workshop on Functional Pavement Design, Delft, 2016
  • Kaliske, M.; Wollny, I.; Hartung, F.: Tire-Pavement-Interaction: Material Modelling, Adapted FE-Formulations, Polymorphic Uncertainties. In: 12th World Congress on Computational Mechanics (Semi-Plenary Lecture), Seoul, 2016
  • Kaliske, M.: A Numerical Method to Evaluate Frictional Features of Rubber on Rough Surfaces. In: 12th Annual Conference Intelligent Tire Technology, Dresden, 2016
  • Kaliske, M.: Material Modelling in Tyre Simulation – Rolling Resistance and Temperature Development. In: 2nd International VDI Conference Eurotyre 2016, Düsseldorf, 2016

2015

  • Behnke, R.; Kaliske, M.: Thermo-mechanically coupled investigation of steady state rolling tires by numerical simulation and experiment. International Journal of Non-Linear Mechanics 68 (2015) 101-131
  • Kaliske, M.; Wollny, I.; Behnke, R.; Zopf, C.: Holistic analysis of the coupled vehicle-tire-pavement-system for the design of durable pavements. Tire Science and Technology 43 (2015) 86-116
  • Zopf, C.; Wollny, I.; Kaliske, M.; Zeißler, A.; Wellner, F.: Numerical Modelling of Tyre-Pavement-Interaction Phenomena: Constitutive Description of Asphalt Behaviour Based on Triaxial Material Tests. Road Materials and Pavement Design 16 (2015) 133-153
  • Kaliske, M.; Wollny, I.; Hartung, F.; Behnke, R.; Falk, K.: Gekoppelte thermomechanische Simulation von Reifen und Fahrbahn – Ansätze zur Berücksichtigung der inelastischen und temperaturabhängigen Materialien sowie der von der Fahrbahnoberfläche abhängigen Reibeigenschaften. In: 15. Internationale VDI-Tagung Reifen – Fahrwerk – Fahrbahn, VDI-Berichte 2241, 323-338, VDI Verlag, Düsseldorf, 2015
  • Wollny, I.; Hartung, F.; Kaliske, M.: Thermo-mechanical computation of inelastic pavement structures under rolling tire loads. Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics 15 (2015) 439-440
  • Wollny, I.; Hartung, F.; Kaliske, M.: Gekoppelte thermo-mechanische Modellierung der Interaktion zwischen rollendem Reifen und Fahrbahn. In: 4. Dresdner Asphalttage, Institut für Stadtbauwesen und Straßenbau, Technische Universität Dresden, 2015
  • Wollny, I.; Hartung, F.; Kaliske, M.: Gekoppeltes thermo-mechanisches Modell der Reifen-Fahrbahn-Interaktion. In: Forschungskolloquium Baustatik-Baupraxis, Döllnsee, 2015

2014

  • Kaliske, M.; Wollny, I.; Behnke, R.; Zopf, C.: Holistic Analysis of the Coupled Vehicle-Tire-Pavement-System for the Design of Durable Pavements. In: 33rd Meeting of the Tire Society, Akron, 2014

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Carsta Friedrich
Letzte Änderung: 15.04.2024