Methode der Dimensionsreduktion in Kontaktmechanik und Reibung

Das Werk beschreibt erstmalig in einer geschlossenen Form eine Simulationsmethode zur schnellen Berechnung von Kontakteigenschaften und Reibung zwischen rauen Oberflächen.

Im Unterschied zu bestehenden Simulationsverfahren basiert die Methode der Dimensionsreduktion (MDR) auf einer exakten Abbildung verschiedener Klassen von dreidimensionalen Kontaktproblemen auf Kontakte mit eindimensionalen Bettungen. Innerhalb der MDR wird jedoch nicht nur die Dimension von drei auf eins reduziert, sondern gleichermaßen sind voneinander unabhängige Freiheitsgrade gegeben. Die MDR beinhaltet daher eine enorme Reduktion sowohl der Entwicklungszeit für die numerische Implementierung von Kontaktproblemen als auch der direkten Rechenzeit und kann letztlich in der Tribologie eine ähnliche Rolle einnehmen wie FEM in der Strukturmechanik oder bekannte CFD-Löser in der Hydrodynamik. Darüber hinaus erleichtert sie in hohem Maße analytische Berechnungen und bietet eine Art “Taschenausgabe” der gesamten Kontaktmechanik.
Messungen der Rheologie der kontaktierenden Körper sowie ihrer Oberflächentopographie und Adhäsionseigenschaften finden unmittelbaren Eingang in die Berechnung. Insbesondere ist es möglich, die gesamte Dynamik des Systems – beginnend mit der makroskopischen Systemdynamik über die makroskopische, dynamische Kontaktberechnung bis hin zum Einfluss der Rauheit – in einem numerischen Simulationsmodell zu erfassen. Die MDR erlaubt demnach die Vereinigung der charakteristischen Abläufe verschiedener Skalen.

Zielsetzung des Buches ist es, einerseits die Berechtigung und Zuverlässigkeit der Methode zu belegen, andererseits ihre äußerst einfache Handhabung interessierten Praktikern zu erklären.

Der Inhalt
Einführung.- Separation der elastischen und der Trägheitseigenschaften in dreidimensionalen Systemen.- Normalkontaktprobleme mit rotationssymmetrischen Körpern ohne Adhäsion – Normalkontakt mit Adhäsion.- Tangentialkontakt.- Rollkontakt.- Kontakt mit Elastomeren.- Wärmeleitung und Wärmeerzeugung.- Adhäsion mit Elastomeren.- Normalkontakt mit rauen Oberflächen.- Reibungskraft.- Reibungsdämpfung.- Kopplung an eine makroskopische Dynamik.- Akustische Emission beim Rollen.- Kopplung an Mikroskala.- Was weiter?.- Anlagen.

Die Autoren
Prof. Dr. rer. nat. Valentin L. Popov studierte Physik und promovierte im Jahre 1985 an der staatlichen Lomonosow-Universität Moskau. Er habilitierte sich 1994 am Institut für Festigkeitsphysik und Werkstoffkunde der Russischen Akademie der Wissenschaften. Seit 2002 leitet er das Fachgebiet Systemdynamik und Reibungsphysik am Institut für Mechanik der Technischen Universität Berlin.

Dr.-Ing. Markus Heß studierte Physikalische Ingenieurwissenschaft an der TU Berlin. Er promovierte im Jahre 2011 und erhielt für seine Dissertation im gleichen Jahr den Förderpreis der Gesellschaft für Tribologie. Seit 2011 leitet er den Fachbereich Physik am Studienkolleg der TU Berlin.