Numerical simulation of electro-magnetic contact using the finite element method

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Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur numerischen Simulation elektromechanischer Kontaktvorgänge für den allgemeinsten Fall bewegter Kontakte mittels der Finite-Element-Methode. Ausgangspunkt ist die kontinuumsmechanische Formulierung des nichtlinearen elektro-magneto-thermo-mechanisch gekoppelten Mehrfeldproblems. Für die temperaturabhängigen Materialparameter sind geeignete Ansätze zu finden. Für die realitätsnahe Beschreibung des Kontaktes wird der aus der mikromechanisch rauhen Kontaktfläche resultierende Kontaktwiderstand durch die Entwicklung geeigneter Materialgleichungen in der Modellierung berücksichtigt. Besonderes Augenmerk ist auf die Lösungsstrategie des nichtlinearen elektro-magneto-thermo-mechanisch gekoppelten Mehrfeldproblems zu legen. Aufgrund der zu erwartenden besseren Konvergenzeigenschaften von monolithischen Lösungsalgorithmen jedoch des erheblich größeren Rechenaufwandes zur Lösung der resultierenden unsymmetrischen Systemmatrizen, sollen monolithische und gestaffelte Lösungsalgorithmen zur Lösung des gekoppelten Mehrfeldproblems herangezogen und vergleichend gegenüber gestellt werden. Bei der Anwendung der gestaffelten Lösungsalgorithmen wird die Art der Kopplung bezüglich der physikalischen Interaktion im Kontaktinterface zu untersuchen sein. Weiterhin wird die Geometrie bzw. Gebiete unterschiedlicher Eigenschaften und die Zeitabhängigkeit aufgrund verschiedener Zeitkonstanten in den gekoppelten Feldern berücksichtigt.