Mit zunehmenden mineralischen Ressourcenbedarf steigen die Anforde-rungen an Aufbereitungsmaschinen wie den Center-Sizer. Um diesen An-forderungen gerecht zu werden, lag der Schwerpunkt bisher in der Ver-besserung der maschinenseitigen Modellbeschreibung, wobei für die Ma-terialmodelle zumeist stark vereinfacht blieben. Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung eines materialseitigen Modells basierend auf der Diskreten-Elemente-Methode, welches durch eine begründete Parametrierung sowie in Co-Simulation mit einem mehr-dimensionalen Maschinenmodell zur Belastungsprognose auf Center-Sizer dient. Sie leistet damit einen Beitrag zur Erweiterung der bestehenden Auslegungsmethode und bietet für weiterführende Forschungstätigkeiten eine substanzielle Grundlage. / As the demand for mineral resources increases, so do the requirements for processing machines such as the Center-Sizer. In order to meet these re-quirements, the focus has so far been on improving the model description on the machine side, whereby the material models mostly have remained simplified. The present dissertation deals with the development of a material model based on the discrete-element-method for the load prediction on center sizer by using determined parameterization method as well as the co-simulation with a multidimensional machine model. It contributes to the enhancement of the current method of structural design and it serves a substantial basis for further research projects.

Um das Fließverhalten von Granulaten in dünnwandigen Metallsilos auch mikroskopisch detailliert beschreiben zu können, ist es wichtig, beide Kontaktpartner (Granulat und elastische Wand) detailliert abbilden zu können. Granulate können vereinfacht als Kugeln betrachtet werden, weswegen die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) hierfür geeignet ist. Die elastische Verformung der Metallwand kann mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) berechnet werden. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Simulation zu entwickeln, welche für beide Kontaktpartner eine gemeinsame Simulationsumgebung schafft. Dabei sollen zu Beginn einfache Beispiele für den Kontakt von Granulat und Festkörperstrukturen erarbeitet werden, die verschiedene Lastfälle abdecken. Um die Simulationsergebnisse bewerten zu können, sollen die Beispiele so gewählt werden, dass die Simulationen analytisch oder numerisch validiert werden können.

The subject of this splitted article is the commissioning of a new application that may be part of a processing machine. Considering the example of the intermittent transport of small-sized goods, for example, chocolate bars, ideas for increasing the maximum performance are discussed. Starting from an analysis, disadvantages of a conventional motion approach are discussed, and thus, a new motion approach is presented. For realising this new motion approach, a virtual process model has to be built, which is the subject of this article. Therefore, the real process has to be abstracted, so only the main elements take attention in the modelling process. Following, important model parameters are determined and verified using virtual experiments. This finally leads to the possibility to calculate useful operating speed–dependent trajectories using the process model.

The subject of this splitted article is the commissioning of a new application that may be part of a processing machine. Considering the example of the intermittent transport of small-sized goods, for example, chocolate bars, ideas for increasing the maximum performance are discussed. Starting from an analysis, disadvantages of a conventional motion approach are discussed, and thus, a new motion approach is presented. For realising this new motion approach, a virtual process model has to be built, which is the subject of this article. Therefore, the real process has to be abstracted, so only the main elements take attention in the modelling process. Following, important model parameters are determined and verified using virtual experiments. This finally leads to the possibility to calculate useful operating speed–dependent trajectories using the process model.

Die Partikelinteraktionen in Suspensionen führen zu charakteristischen Phänomenen wie Partikel-agglomeration und Segregation. In dieser Arbeit werden Beiträge zu diesen Vorgängen am Beispiel einer Stahlschmelze und in Pumpbeton untersucht. Es wurden Agglomerationsmodelle für die Kollision kugelförmiger und nichtkugelförmiger nichtmetallischer Einschlüsse in Stahl entwickelt. Diese zeigen eine erhöhte Kollisionsrate für Partikelcluster und den Einfluss der Lubrikationskräfte für größere Partikel, die der Agglomeration entgegen wirken. Für kleinere Partikel dominieren Van der Waals Kräfte. In dichten Suspensionen wie Beton sind Segregationseffekte wie die Ausbildung einer Gleitschicht an der Rohrwand relevant. Es wurden zwei Mechanismen identifiziert und beschrieben, die zur Segregation in einem Modellbeton führen und der Einfluss auf den Pumpdruck wurde betrachtet. DEM Simulationen des Pumpprozesses zeigen die starke Neigung zur Segregation für Partikel mit hoher Reibung und den Viskositätseinfluss der Fluidmatrix. Zusätzlich wird ein DEM-Modell für deformierbare Partikel vorgestellt und mit experimentellen Daten verglichen.

High-level radioactive waste (HLW) poses threat to the biosphere. Geological disposal is accepted as a safe way for HLW disposal. Waste canisters made of Sintered Silicon Carbide (SSiC) are proposed and geomechanical safety aspects relating to such SSiC canisters are investigated. First part of the thesis reviews the state-of-the-art and demands for HLW disposal. The reason for considering Silicon Carbide (SiC) as canister material is explained. Especially in terms of corrosion and lifetime, ceramics and especially SiC is superior to metals or concrete. The only concern is its brittle behavior. The second part of the thesis presents results on static and dynamic mechanical properties of SiC in general and in particular for SSiC based on literature review and own lab tests. Although strength values for SiC and especially SSiC are very high, the extreme brittle behavior has to be considered in case of impact or point-like loading. The third and most extensive part of the thesis part contains numerical simulations, which consider most critical potential loading situations during transport and installation of the canisters underground. Both, pure elastic continuum and DEM based models are used considering the following loading situations (critical scenarios): Freefall of canister during transport or installation (FF), Impact by falling rock block at disposal site (RF), Point loading due to accidental insertion of small stone below the canister (PL), Anisotropic earth pressure loading after disposal (EP). Coating to protect the canisters against damage is investigated and preliminary parameters in terms of stiffness and thickness are recommended.

Vibrationsförderer sind Stetigförderer, welche Fördergüter durch periodische Schwingbewegungen in gerichtete Bewegungen versetzen. Vibrationsförderer sind in der Handhabungstechnik, der Zuführung von Mikrobauteilen und feinen Pulvern, sowie in der Schüttgut verarbeitenden Schwerindustrie weit verbreitet. In dieser Arbeit erfolgt nach der Betrachtung des Stands der Technik von Vibrationsförderern und den Interpretationsmöglichkeiten der Förderorganbewegung, die Vorstellung und Diskussion weiterer analytischer Berechnungsansätze. Anschließend werden Störprozesse, die während des Guttransportes auf Vibrationsförderern immer wieder beobachtet werden, erstmals klassifiziert und mathematisch beschrieben. Um die DEM-Simulation von Vibrationswendelförderern und linearen Vibrationsförderern unter Verwendung des Gleit-, Wurf- und Haft-Gleitförderprinzips in der Software LIGGGHTS zu ermöglichen, wurde eine Softwareerweiterung entwickelt. Diese Erweiterung umfasst zwei Module, welche die Bewegungen von importierten CAD-Geometrien auf Basis von als Fourierreihen definierten harmonischen Schwingungen höherer Ordnung ermöglichen. Das Befehlsmodul viblin ermöglicht die Definition von translatorischen Schwingungen. Das Modul vibrot ermöglicht die Definition von Rotationsschwingungen um eine raumfeste Achse. Beide Bewegungsmodule ermöglichen die Definition von komplexen Schwingungszuständen der CAD-Geometrien. Untersuchungen der Mikroprozesse innerhalb einer Arbeitsperiode zeigen, für die Förderarten Wurf und Gleiten, alle notwendigen Abschnitte der Kraft- und Geschwindigkeitsverläufe am Fördergut. Die durchgeführten Validierungen stellen die Verwendung der DEM als Simulationswerkzeug in der Vibrationsfördertechnik sicher. Auf der Basis der abschließend durchgeführten Parameterstudien können in Zukunft Kalibrierungsmethoden bezüglich des Verhaltens von Partikeln auf vibrierenden Unterlagen entwickelt werden. / Vibratory conveyors are continuous conveyors which move the materials to be conveyed by periodic vibrations of the conveyor chute. Vibrating conveyors are used in handling technology, the supply of micro components and fine powders, as well as in bulk material processing heavy industry. Within this work the state of the art of vibratory conveyors and alternative interpretations of the conveyor movement are introduced. Afterwards further analytical approaches are discussed. Subsequently, interfering processes, which occur during the transport of the materials on vibratory conveyors are classified and mathematically described. To simulate vibrating spiral conveyors and linear vibration conveyors using the sliding, throwing or sticking-glide conveyor principle in the software LIGGGHTS, a software extension was developed. This extension includes two software modules, to define the movements of imported CAD geometries on the basis of as Fourier series defined harmonic oscillations. The viblin command module allows the definition of translatory vibrations. The module vibrot allows the definition of rotational vibrations around a fixed axis. Both motion modules allow the definition of complex vibrational states of the CAD geometries. Investigations of the micro processes within a working period showed all necessary sections of the force and speed progression on the conveyed particles for the conveyor principles of micro throw and slide. The validations constitute the basic function of the DEM as a simulation tool in the vibratory conveyor technology. The final parameter studies can be used to develop calibration methods to describe the motion of particles on vibrating plates

Vibrationsförderer sind Stetigförderer, welche Fördergüter durch periodische Schwingbewegungen in gerichtete Bewegungen versetzen. Vibrationsförderer sind in der Handhabungstechnik, der Zuführung von Mikrobauteilen und feinen Pulvern, sowie in der Schüttgut verarbeitenden Schwerindustrie weit verbreitet. In dieser Arbeit erfolgt nach der Betrachtung des Stands der Technik von Vibrationsförderern und den Interpretationsmöglichkeiten der Förderorganbewegung, die Vorstellung und Diskussion weiterer analytischer Berechnungsansätze. Anschließend werden Störprozesse, die während des Guttransportes auf Vibrationsförderern immer wieder beobachtet werden, erstmals klassifiziert und mathematisch beschrieben. Um die DEM-Simulation von Vibrationswendelförderern und linearen Vibrationsförderern unter Verwendung des Gleit-, Wurf- und Haft-Gleitförderprinzips in der Software LIGGGHTS zu ermöglichen, wurde eine Softwareerweiterung entwickelt. Diese Erweiterung umfasst zwei Module, welche die Bewegungen von importierten CAD-Geometrien auf Basis von als Fourierreihen definierten harmonischen Schwingungen höherer Ordnung ermöglichen. Das Befehlsmodul viblin ermöglicht die Definition von translatorischen Schwingungen. Das Modul vibrot ermöglicht die Definition von Rotationsschwingungen um eine raumfeste Achse. Beide Bewegungsmodule ermöglichen die Definition von komplexen Schwingungszuständen der CAD-Geometrien. Untersuchungen der Mikroprozesse innerhalb einer Arbeitsperiode zeigen, für die Förderarten Wurf und Gleiten, alle notwendigen Abschnitte der Kraft- und Geschwindigkeitsverläufe am Fördergut. Die durchgeführten Validierungen stellen die Verwendung der DEM als Simulationswerkzeug in der Vibrationsfördertechnik sicher. Auf der Basis der abschließend durchgeführten Parameterstudien können in Zukunft Kalibrierungsmethoden bezüglich des Verhaltens von Partikeln auf vibrierenden Unterlagen entwickelt werden. / Vibratory conveyors are continuous conveyors which move the materials to be conveyed by periodic vibrations of the conveyor chute. Vibrating conveyors are used in handling technology, the supply of micro components and fine powders, as well as in bulk material processing heavy industry. Within this work the state of the art of vibratory conveyors and alternative interpretations of the conveyor movement are introduced. Afterwards further analytical approaches are discussed. Subsequently, interfering processes, which occur during the transport of the materials on vibratory conveyors are classified and mathematically described. To simulate vibrating spiral conveyors and linear vibration conveyors using the sliding, throwing or sticking-glide conveyor principle in the software LIGGGHTS, a software extension was developed. This extension includes two software modules, to define the movements of imported CAD geometries on the basis of as Fourier series defined harmonic oscillations. The viblin command module allows the definition of translatory vibrations. The module vibrot allows the definition of rotational vibrations around a fixed axis. Both motion modules allow the definition of complex vibrational states of the CAD geometries. Investigations of the micro processes within a working period showed all necessary sections of the force and speed progression on the conveyed particles for the conveyor principles of micro throw and slide. The validations constitute the basic function of the DEM as a simulation tool in the vibratory conveyor technology. The final parameter studies can be used to develop calibration methods to describe the motion of particles on vibrating plates