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Experimental and numerical investigations on wheel-soil interactions in calibrated near-surface soil model

  • The main focus of the research lies in the interpretation and application of results and correlations of soil properties from in situ testing and subsequent use in terramechanical applications. The empirical correlations and current procedures were mainly developed for medium to large depths, and therefore they were re-evaluated and adjusted herein to reflect the current state of knowledge for the assessment of near-surface soil. For testing technologies, a field investigation to a moon analogue site was carried out. Focus was placed in the assessment of the near surface soil properties. Samples were collected for subsequent analysis in laboratory conditions. Further laboratory experiments in extraterrestrial soil simulants and other terrestrial soils were conducted and correlations with relative density and shear strength parameters were attempted. The correlations from the small scale laboratory experiments, and the new re-evaluated correlation for relative density were checked against the data from the field investigation. Additionally, single tire-soil tests were carried out, which enable the investigation of the localized soil response in order to advance current wheel designs and subsequently the vehicle’s mobility. Furthermore, numerical simulations were done to aid the investigation of the tire-soil interaction. Summing up, current relationships for estimating relative density of near surface soil were re-evaluated, and subsequently correlated to shear strength parameters that are the main input to model soil in numerical analyses. Single tire-soil tests were carried out and were used as a reference to calibrate the interaction of the tire and the soil and subsequently were utilized to model rolling scenarios which enable the assessment of soil trafficability and vehicle’s mobility.
  • Das Hauptaugenmerk der Forschungsarbeit lag auf der Interpretation und Anwendung von Ergebnissen und Korrelationen von Bodeneigenschaften aus In-situ-Versuchen und deren Anwendung bei terramechanischen Problemstellungen. Die empirischen Korrelationen und aktuelle Verfahren wurden hauptsächlich für mittlere bis große Tiefen entwickelt und daher hier neu bewertet und angepasst, um den aktuellen Wissensstand für die Beurteilung oberflächennaher Böden widerzuspiegeln. Zur Erprobung von Messtechniken, wurden Felduntersuchungen auf einer Mondanalogstelle durchgeführt. Der Schwerpunkt lag in der Beurteilung der oberflächennahen Bodeneigenschaften. Proben wurden entnommen und anschließend im Labor analysiert. Weitere Laborexperimente an außerterrestrischen Bodensimulaten und an anderen terrestrischen Böden wurden durchgeführt und Korrelationen für die Lagerungsdichte und die Scherfestigkeit verglichen. Die Korrelationen aus den Laborversuchen in kleinem Maßstab sowie die neu bewerteten Korrelationen für die Lagerungsdichte wurden den Ergebnissen aus der Felduntersuchung gegenübergestellt. Des Weiteren wurden Einzelreifen-Bodentests zur Erfassung der lokalen Bodenreaktion durchgeführt. Dies ermöglicht die Weiterentwicklung aktueller Radkonstruktionen und anschließend die Verbesserung der Mobilität von Fahrzeugen. Darüber hinaus wurden numerische Simulationen zur Untersuchung der Reifen-Boden-Wechselwirkung durchgeführt. Zusammenfassend wurden die aktuellen Beziehungen zur Schätzung der Lagerungsdichte oberflächennaher Bodenschichten neu bewertet und anschließend mit den Scherfestigkeitsparametern korreliert. Sie bilden die Haupteingangsparameter für die numerische Berechnung bei der Modellierung des Bodens. Einzelne Reifen-Boden-Tests wurden durchgeführt und als Referenz zur Kalibrierung der Wechselwirkung von Reifen und Boden herangezogen. Anschließend wurden Rollszenarien numerisch simuliert, anhand derer die Bodenbefahrbarkeit und die Mobilität von Fahrzeugen beurteilt werden können.

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Metadaten
Author:Salomi Papamichael
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-58192
ISBN:978-3-95974-121-7
Serie (Series number):Veröffentlichungen des Fachgebietes Bodenmechanik und Grundbau der Technischen Universität Kaiserslautern (18)
Advisor:Christos Vrettos
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:English
Publication Date:2019/12/06
Year of Publication:2019
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2019/11/12
Date of the Publication (Server):2019/12/09
Number of page:XIV, 152
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Bauingenieurwesen
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung (CC BY 4.0)