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26 3 KontaktmechanischeGrundlagen
aber auch an Bedeutung, wenn einer der Kontaktpartner sehr weich ist oder die beteiligten
Oberflächensehrglatt sind.
Falls die charakteristische Reichweite der Adhäsion vernachlässigbar klein gegenüber
der kleinsten Skala des jeweiligen Kontaktproblems ist, meistens der Indentierungstiefe,
spielt die konkrete Form des Potentials keine Rolle und die einzige notwendige Größe
zur Charakterisierung der adhäsiven Wechselwirkung ist γ . Es reicht dann eine ener-
getische Betrachtung zur Behandlung der Oberflächenenergie aus, wie zuerst im Rahmen
der Linear-Elastischen Bruchmechanik in der klassischen Arbeit von Griffith [24] gezeigt
wurde. Mit dem gleichen Ansatz wie Griffith lösten 50 Jahre später Johnson, Kendall und
Roberts (JKR, [25]) das adhäsive Normalkontaktproblem von Kugeln im Grenzfall ver-
nachlässigbarerReichweitederadhäsivenWechselwirkung.DerentgegengesetzteFall,dass
dieseReichweitesehrvielgrößeralsdiederelastischenWechselwirkungist,wurdefürden
Normalkontakt von Kugeln wenig später von Derjaguin, Muller und Toporov (DMT, [26])
behandelt. Sie nahmen an, dass dann die elastischen Spannungen im Kontakt, wiederum
unabhängig von der konkreten Form des adhäsiven Potentials, durch die Adhäsion nicht
beeinflusstwerden undder bekanntenHertzschenVerteilung (3.37)genügen.
DieJKR-unddieDMT-TheorieunterscheidensichinihrenVorhersagen.Soerhaltensie
fürdiemaximaleadhäsiveZugkraft FA,diederKontaktaufbringenkann,dieverschiedenen
Werte
FJKRA = 3
2 π γ R˜, (3.42)
FDMTA =2π γ R˜. (3.43)
Im Rahmen der DMT-Theorie ist der Kontakt in diesem Zustand bereits auf einen Punkt
zusammengeschrumpft, das Ergebnis (3.43) stimmt daher mit dem von Bradley [27] für
denKontaktstarrerKugelnüberein.Tabor[28]konntezeigen,dassbeideTheorienkorrekte
GrenzfällebeschreibenunddassdasVerhaltenimÜbergangsbereichnurvondemVerhältnis
zwischendemGleichgewichtsabstandh0unddercharakteristischenLänge ldesadhäsiven
Halses,
l ≈ (
R˜ γ2
E˜2 )1/3
, (3.44)
bestimmtwird.DerTabor-ParameterzurBerücksichtigungderReichweitederAdhäsionist
also
λT = 1
h0 (
R˜ γ2
E˜2 )1/3
. (3.45)
Der genaue Übergang zwischen den beiden Grenzfällen hängt natürlich – im Gegensatz
zu den Grenzfällen selbst – von der konkreten Form des Potentials ab. Die erste rigorose
Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin
Grundlagen und Anwendungen
- Title
- Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin
- Subtitle
- Grundlagen und Anwendungen
- Author
- Emanuel Willert
- Publisher
- Springer Vieweg
- Location
- Berlin
- Date
- 2020
- Language
- German
- License
- CC BY 4.0
- ISBN
- 978-3-662-60296-6
- Size
- 17.3 x 24.6 cm
- Pages
- 258
- Keywords
- Engineering, Mechanics, Mechanics, Applied, Mechanics, Applied mathematics, Engineering mathematics
- Categories
- Naturwissenschaften Physik
- Technik
Table of contents
- 1 Einleitung 1
- Literatur 3
- 2 Kinematik und Dynamik räumlicher Stöße von Kugeln 5
- Literatur 14
- 3 Kontaktmechanische Grundlagen 17
- 3.1 Fundamentallösung des homogenen elastischen Halbraums 17
- 3.2 Reibungsfreier Normalkontakt ohne Adhäsion 20
- 3.3 Reibungsfreier Normalkontakt mit Adhäsion 25
- 3.4 Tangentialkontakt 38
- 3.5 Torsionskontakt 45
- 3.6 Viskoelastizität 52
- 3.6.1 Einführung 52
- 3.6.2 Das allgemeine linear-viskoelastische Materialgesetz 53
- 3.6.3 Berücksichtigung der Kompressibilität (Normalkontakt) 55
- 3.6.4 Rheologische Modelle 56
- 3.6.5 Behandlung viskoelastischer Kontaktprobleme nach Lee und Radok 61
- 3.6.6 Erweiterung auf beliebige Belastungsgeschichten 62
- 3.7 Funktionale Gradientenmedien 63
- 3.8 Plastizität 73
- 3.9 Zusammenfassung 84
- Literatur 87
- 4 Die Methode der Dimensionsreduktion in der Kontaktmechanik 95
- Literatur 110
- 5 Quasistatischer Normalstoß axialsymmetrischer Körper 113
- Literatur 153
- 6 Quasistatische ebene Stöße von Kugeln 157
- Literatur 181
- 7 Räumliche Effekte in elastischen Stößen von Kugeln 183
- Literatur 196
- 8 Ausgewählte Anwendungen von Stoßproblemen 197
- Literatur 222
- 9 Anhang 229
- Literatur 238
- Stichwortverzeichnis 239