Contact mechanics and friction of elastic solids on hard and rough substrates

  • Kontaktmechanik und Reibung elastischer Körper auf harten und rauhen Oberflächen

Lorenz, Boris; Murrenhoff, Hubertus (Thesis advisor)

Aachen : Forschungszentrum Jülich, Zentralbibliothek (2012)
Doktorarbeit

In: Schriften des Forschungszentrums Jülich : Reihe Schlüsseltechnologien 37
Seite(n)/Artikel-Nr.: IV, 121 S. : Ill., graph. Darst.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Kurzfassung

Diese Arbeit befasst sich mit der experimentellen Untersuchung von Kontaktmechanik und Gummireibung. Diese beiden Themen sind von enormer Bedeutung sowohl in der Natur als auch in zahlreichen technischen Anwendungen. Trotz ihrer Bedeutung sowie der bisherigen theoretischen und experimentellen Anstrengungen sind Kontaktmechanik und Gummireibung bis heute nur relativ wenig verstanden. Die Motivation dieser Arbeit ist es einen neuartigen Ansatz nach Persson mit den aktuell etablierten Theorien zu vergleichen und ihre Genauigkeit zu testen. Herzu werden die Vorhersagen dieser Modelle mit experimentellen Ergebnissen verglichen. Die hierzu vorgestellten Experimente behandeln dabei nicht nur die Gebiete der Kontaktmechanik und Gummireibung sondern umfassen gleichzeitig unterschiedliche Anwendungen die von großer Bedeutung in zahlreichen technologischen Systemen sind. Sehr gute Übereinstimmung wurde dabei mit dem Ansatz nach Persson gefunden während die Vorhersagen der Standartmodelle nicht nur quantitativ abweichen sondern auch qualitativ falsche Vorhersagen liefern. Dies kann damit begründet werden, dass die Standarttheorien wesentliche Vereinfachungen treffen, wie zum Beispiel die Vernachlässigung weitreichender elastischer Kopplung sowie eine nur ungenügende Beschreibung von Oberflächenrauheit. Sehr gute Übereinstimmung wurde ebenfalls gefunden bei der Anwendung des Ansatzes nach Persson auf verschiedene Probleme basierend auf dem Kontakt zweier Oberflächen. Dies beinhaltet unter anderem die Leckage von Dichtungen oder das Herauspressen einer Flüssigkeit aus der Kontaktzone. Zur Analyse der Ergebnisse wurden sämtliche benötigten Eingangsgrößen des Ansatzes bestimmt sodass keine Fit Parameter verwendet wurden. Innerhalb der Genauigkeit der Experimente konnte die Kontaktmechaniktheorie nach Persson gute Ergebnisse erzielen. Der letzte Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Untersuchung einer Gummireibungstheorie welche auf dem Kontaktmechanikansatz basiert. Hierzu wurde ein neuartiger Reibungsprüfstand entwickelt um die Vorhersagen der Theorie zu testen. Es konnte gezeigt werden, dass die experimentellen Ergebnisse von den Theorieergebnissen, welche unterschiedliche Dissipationsmechanismen im Gummi berücksichtigt, sehr gut beschrieben wurden. Der Ansatz nach Persson stellt zurzeit das einzige physikalisch basierte Modell dar das zur Berechnung von Gummireibung auf harten und rauhen Oberflächen benutzt werden kann. Weiterführende Forschungsarbeiten werden benötigt um den Einfluss von Temperatureffekten (Blitztemperatur) auf die unterschiedlichen Dissipationsmechanismen und somit auf die Gummireibung zu klären. Dies ist unverzichtbar für technische Anwendungen wie zum Beispiel der Reibung eines Reifens oder dynamischer Dichtungen.

Identifikationsnummern