Page - 37 - in Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin - Grundlagen und Anwendungen

3.3 ReibungsfreierNormalkontaktmitAdhäsion 37 adhäsivenKontaktesmitmehreren„Rissmoden“:währenddiereineNormalbelastungeinem Mode-I-Riss entspricht, kommt es durch die Tangentialbelastung zu Mode-II- und Mode- III-Komponenten. Durch eine Zusammenfassung der entsprechenden Spannungskonzen- trationsfaktorenkönnenmitdemGriffith-KriteriumderLinear-ElastischenBruchmechanik adhäsive, tangential belastete Kontakte behandelt werden [45, 46]. Dies setzt allerdings voraus, dass alle Moden gleichwertig zur Auflösung des Kontaktes beitragen, was nicht unbedingtderFall seinmuss [47]. Mit dem Dugdale-Maugis-Modell der Adhäsion konnte man schließlich auch den Fall von partiellem oder vollständigem Gleiten im Kontakt betrachten [46, 48]. Hier kommt als weiterer Effekt die Dissipation von mechanischer Energie durch das Gleiten ins Spiel, d.h.nichtdieganzebeiderAuflösungdesKontaktes freiwerdendeelastischeEnergiekann in Oberflächentrennungsarbeit umgesetzt werden. Auch die Reversibilität der adhäsiven Kontaktbildungund-auflösungistindiesemFallnichtgarantiert[47,49].WatersundGuduru [49] untersuchten daher eine durch die Anwesenheit mehrerer Moden erhöhte effektive Oberflächenenergie; Experimente im Bereich sehr geringen lokalen Gleitens stützten ihre Theorie. Während Johnson [46] feststellte, dass bei vollständigem Gleiten die tangentiale KraftdieWirkungderAdhäsionreduziert,machtenKimetal.[48]daraufaufmerksam,dass aufmikroskopischerSkaladieScherspannungineinemeinzelnengleitendenMikrokontakt näherungsweise konstant und gleich der Scherfestigkeit ist. Bei konstanter Scherspannung in einem gleitenden Kontakt kann die tangentiale Belastung aber sogar zu einer Erhöhung der Adhäsion führen [50]. EinminimalesModellmitAmontons-Coulomb-ReibungundDugdale-Maugis-Adhäsion benutzten Popov und Dimaki [51] für den adhäsiven Tangentialkontakt. Sie stellen fest, dass (zumindestbeikleinenGebieten lokalenGleitens)dieAdhäsionzueinerzusätzlichen Anpresskraft der Oberflächen führt, die die Reibkraft überwinden muss. Filippov et al. [52] untersuchten ein nanoskopisches Modell von gebildeten und aufgelösten Kontakten (linearenFedern)unter tangentialerBelastung. Der adhäsive Normalkontakt eines Kegels ohne Gleiten im JKR-Grenzfall wurde von Borodich et al. [53] gelöst, allerdings berücksichtigten die Autor*innen dabei nicht den Beitrag radialerRiss-ModenzurAuflösung desKontaktes; stattdessenverwendetensiedie entsprechendeLösungdesnicht-adhäsivenProblemsohneGleitenunddie JKR-Theorie in der ursprünglichen Formulierung für reibungsfreie Kontakte, was wiederum physikalisch nicht ganz einleuchtet. In der gleichen Näherung wurde von Lyashenko et al. [54] der JKR-adhäsiveebeneStoßohneGleiteneiner starrenKugelaufeinenelastischenHalbraum untersucht. Mergel et al. [55] schlugen mehrere kontinuumsmechanische Modelle für Kontakte mit ReibungundAdhäsion aufderBasisvonAmontons-Coulomb-Reibungund demLennard- Jones-Potentialvor.DieAutor*innengabenaußerdemeineausführlicheLiteraturübersicht über bestehende Modellansätze zu adhäsiver Reibung, insbesondere in bio-adhäsiven Sys- temen.