Kontaktmechanik und Reibung: Von der Nanotribologie bis zur by Valentin L. Popov

By Valentin L. Popov

Das anwendungsorientierte Buch führt in den Zusammenhang von Kontaktmechanik und Reibung ein und ermöglicht damit ein tieferes Verständnis der Tribologie. Es behandelt die eng zusammenhängenden Phänomene Kontakt, Adhäsion, Kapillarkräfte, Reibung, Schmierung und Verschleiß unter einem einheitlichen Gesichtspunkt. Der Autor geht ein auf (1) Methoden zur groben Abschätzung von tribologischen Größen, (2) Methoden zur analytischen Berechnung in einem minimum erforderlichen Umfang und (3) den Übergang zu numerischen Simulationsmethoden. Damit vermittelt er einen einheitlichen Blick auf tribologische Prozesse in verschiedenen Skalen (von der Nanotribologie bis zur Erdbebenforschung).

Auch systemdynamische Aspekte von tribologischen Systemen, wie Quietschen und seine Bekämpfung sowie andere Typen von Instabilitäten und Musterbildung werden vermittelt.

Aufgaben mit durchgerechneten Lösungen zu einzelnen Kapiteln dienen der Vertiefung und praktischen Anwendung des behandelten Stoffs.

Neu an der three. Auflage sind: eine ausführlichere Darstellung der elastohydrodynamischen Schmierung, ein erweitertes und aktualisiertes Kapitel zu numerischen Simulationsmethoden in der Kontaktmechanik, die Erweiterung des Kapitels „Verschleiß“ durch Diskussion und Berechnung von Fretting sowie zahlreiche neue Aufgaben und Fallbeispiele, welche den Wert des Buches als Nachschlagewerk wesentlich erhöhen.

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21) V (0) ¨ z R l0 x Abb. 6 Zylinder mit einer elastischen Schicht im Kontakt mit einer starren Ebene. 3 Qualitative Abschätzungsmethode für Kontakte mit einem dreidimensionalen elastischen Kontinuum (1) Kontakt zwischen einem starren zylindrischen Indenter und einem elastischen Körper Betrachten wir nun einen starren zylindrischen Indenter in Kontakt mit einem elastischen Halbraum (Abb. 7 a). Am Beispiel dieser Aufgabe erklären wir die wichtigste Idee, die in der Kontaktmechanik für qualitative Abschätzungen benutzt wird.

Der Einfachheit halber wollen wir annehmen, dass in dem uns interessierenden Bereich der Anpresskräfte folgende geometrische Beziehungen erfüllt sind: d  l0 , l0  a . In diesem Fall wird sich jedes einzelne Element des Aufklebers einachsig deformieren. 12) maßgebend. 14) dargestellt werden. Der Abb. 5 kann man leicht entnehmen, dass der Zusammenhang zwischen dem Radius a des Kontaktgebietes und der Eindrucktiefe d durch die Bedingung d a 2 / 2 R gegeben wird. Daraus folgt für den Kontaktradius a 2 Rd .

Außerhalb dieses "stark deformierten Volumens" fallen die Deformation und die Spannung nach dem Gesetz v r 2 ab. Das führt dazu, dass in dreidimensionalen Systemen das genannte Volumen  D 3 den größten Beitrag zu allen energetischen oder Kraftbeziehungen liefert4. a s D D a b Abb. 7 (a) Kontakt zwischen einem starren zylindrischen Indenter und einem elastischen Halbraum. (b) Stark deformierter Bereich des elastischen Halbraumes. Für eine erste grobe qualitative Abschätzung reicht es daher anzunehmen, dass die Deformation im genannten Volumen konstant ist und dass nur dieses Volumen deformiert wird.

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