TP 4

Numerische Modellierung des Prozesses der Gesteinszerkleinerung

Institut für Geotechnik, Prof. Dr. Konietzky

Das Teilprojekt 4 ist im InnoCrush-Projekt für die numerische Simulation des Schneidprozesses zuständig und liefert mit den Simulationsergebnissen Möglichkeiten zur Verifizierung der Laborversuche anderer Teilprojekte.

Die Mitarbeiter in diesem Teilprojekt sind zum einen Prof. Dr. Heinz Konietzky als wissenschaftlicher Leiter des Teilprojektes, zum anderen M. Sc. Roy Morgenstern und M. Sc. Vishal Vilas Yadav als wissenschaftliche Mitarbeiter, sowie Gerd Münzberger, Beatrice Tauch und Tom Weichmann als technisches Personal.

Zu den Zielen und Aufgaben gehört nicht nur die numerische Modellierung des Schneidprozesses, sondern auch die laborhafte Bestimmung von gesteinsmechanischen Parametern. Diese gewonnen Daten werden sowohl für die Modellierung selbst benötigt, stehen aber auch für die anderen Teilprojekte zur Verfügung.

Das Hauptaugenmerk dieses Arbeitspaketes liegt auf der korrekten Simulation des Schneidprozesses. Hierbei müssen verschiedene Einflussfaktoren berücksichtigt werden. Seien es zum einen der Schnittwinkel und die Schnittgeschwindigkeit, wie auch zum anderen die aus dem Schneidprozess resultierende Abnutzung des Werkzeugs und die Größe und Form der generierten Bruchstücke (Chips).

Für die Simulation werden verschiedene Softwarepakete von ITASCA™ genutzt.

Zum einen wird das Partikel-basierte Programm PFC™ für die Simulation von passiven und aktiven Schneiden genutzt. Hierbei kommt ein Kugel-basiertes Gesteinsmodell zum Einsatz. PFC™ besitzt den Vorteil, dass es sehr gut auf parallelen Rechnerarchitekturen optimiert ist und sich damit auch komplexe Modelle in vertretbarer Zeit berechnen lassen. Allerdings können die jeweiligen Kugeln in sich nicht deformiert werden, d.h. es muss eine genügend große Anzahl an Kugeln im Modell vorhanden sein, damit die Ergebnisse mit den Laborversuchen vergleichbar werden.

Zum anderen wird das Block-basierte Programm 3DEC™ für die Simulation vom passiven Schneiden mit vorhergehender thermischer Belastung genutzt. Im Vergleich mit PFC™ kommt in 3DEC™ ein Block-basiertes Modell zum Einsatz, d.h. das Modell besteht aus sog. Voronoi-Blöcken, welche in sich deformierbar sind. Die Rissausbreitung ist dabei nur zwischen den Blöcken möglich. Durch den komplizierteren Aufbau des Modells und der einhergehenden komplizierteren Berechnung ist die Rechenzeit hier jedoch länger, dafür können hier kompliziertere Rissmuster betrachtet werden und Generierung eines entsprechenden Gesteinsmodell ist einfacher. Das angestrebte Ziel der thermischen Vorbelastung ist es, dass durch diese in dem Gestein Mikrorisse erzeugt werden, welche zu einer niedrigeren benötigten Schneidkraft führen und damit auch zu weniger Abnutzung am Werkzeug selbst und somit insgesamt zu niedrigeren Wartungskosten für die Maschinen.

Die in den Simulationsrechnungen erzielten Ergebnisse werden zwischen den jeweiligen Arbeitspaketen ausgetauscht und mit den im Teilprojekt 2 erzielten Ergebnissen aus Laborversuchen verglichen und diskutiert.

Kontakt/Ansprechpartner: M. Sc. Roy Morgenstern, Tel. 2975; M. Sc. Vishal Vilas Yadav, Tel. 2877