Entwicklung und Test einer Methode zur Simulation des Gesteinsschneidens mit der Finiten Elemente Methode

Diese Arbeit befasst sich mit der numerischen Simulation des Schneidprozesses von Gesteinen mit dem Fokus auf der Modellgenerierung und Materialbeschreibung. Das Ziel sind die Reaktionskräfte am Meißel bei verschiedenen Meißelgeometrien und Schneidparametern.
Ein quasiisotroper Gesteinstyp wird mit einem Schädigungs-Plastizitätsmodell in der FE-Software Abaqus modelliert. Das Materialmodell wird mit eigenen Subroutinen ergänzt, um die Materialparameter im Schneidprozess variabel zu halten und um eine kritische Netzverzerrung durch Entfernen von kritisch geschädigten Elementen zu verhindern. Eine feine Diskretisierung erlaubt eine gute Auflösung der Kontaktfläche zwischen Meißel und Domäne und damit eine Abbildung der Effekte unterschiedlicher Meißelgeometrien und Schneidparameter.

Zusätzlich ersetzten Infinite Elemente die Randbedingungen im Modell, um einerseits dessen Größe und damit die Rechenzeit zu senken, und andererseits, um Reflexionen von Schockwellen in dieser expliziten FE-Analyse zu unterbinden. Es wird gezeigt, dass unterschiedliche Meißelgeometrien und Schnittführungen verglichen werden können.