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84 3 KontaktmechanischeGrundlagen
natürlich beschränkt, wie beispielsweise in der Theorie von Maugis. Trotzdem kann diese
Spannung,wieobenerwähnt, ausreichen,umamRanddesKontaktesFließenzu initiieren.
Die plastische Deformation wird dann die Öffnung und Schließung des externen Risses,
den der Rand des adhäsiven Kontaktes darstellt, beeinflussen. Tvergaard und Hutchinson
[124] stellten durch bruchmechanische numerische Untersuchungen fest, dass die in der
inelastischenDeformationdissipierteEnergienurdannrelevantgegenüberderOberflächen-
trennungsarbeitwird,wenndiekohäsive(oderadhäsive)SpannunggrößeralsdieHärtedes
Materials ist.
3.9 Zusammenfassung
DiesesKapitelwidmetesichderKontaktmechanikvonaxialsymmetrischen,makroskopisch
glatten Körpern im Gleichgewicht. Die untersuchten Effekte, wie Reibung oder Adhäsion,
wurdendabeigrundsätzlichalsmakroskopischgegebenbetrachtet,ohneihretiefer liegende
mikro- oder nano-tribologische Herkunft (Rauigkeit der Oberflächen auf mehreren Skalen
und Anderes) genauer zu beleuchten. Alle gezeigten Modelle sind daher kontinuumsme-
chanischerNatur.
Eine fundamentale Voraussetzung der dargestellten Ergebnisse ist die als Halbraumnä-
herung bekannte Annahme, dass die Abmaße der kontaktierenden Körper sehr viel größer
sind als die charakteristische Länge des Kontaktgebiets, und dass die Gradienten der sich
berührenden Oberflächen (im undeformierten Zustand) in der Umgebung des Kontaktes
klein sind. Wenn die Kontaktpartner außerdem elastisch ähnlich sind, kann der Kontakt
zwischen ihnen auf den äquivalenten Kontakt zwischen einem starren Eindruckkörper mit
einemelastischenHalbraumzurückgeführtwerden.
Das reibungs-undadhäsionsfreieNormalkontaktproblemzwischeneinemstarrenaxial-
symmetrischen Indenter mit einem elastischen Halbraum wird durch die Idee gelöst, dass
man die Differenz zweier infinitesimal benachbarter Kontaktkonfigurationen als infinitesi-
maleIndentierungdurcheinenzylindrischenFlachstempel interpretierenkann.DieLösung
desallgemeinenkreissymmetrischenProblemsergibtsichdaherdurcheinegeeigneteSuper-
positionvon Flachstempel-Lösungen.
Adhäsionspielt inKontakteneineRolle,wenndiebetrachtetenSystemesehrkleinsind,
zumindest einer der Kontaktpartner sehr weich ist oder die kontaktierenden Oberflächen
sehr glatt sind. Von entscheidender Bedeutung in Kontaktproblemen mit Adhäsion ist die
charakteristische Reichweite der adhäsiven Wechselwirkung im Vergleich zu den Abmes-
sungendesKontaktes.IstdieseReichweitekleingegenüberderkleinstencharakteristischen
Kontaktlänge, spricht man vom JKR-Grenzfall des adhäsiven Kontaktes. Der entgegenge-
setzte Grenzfall wird durch die DMT-Theorie beschrieben. Beide Grenzfälle sind von der
konkreten Form des adhäsiven Potentials unabhängig. Im Übergangsbereich zwischen bei-
denGrenzfällenspieltdieseFormallerdingseineRolle.DieTheorievonMaugisbeschreibt
denÜbergangfürdenparabolischenNormalkontaktmithilfedesDugdale-Stufenpotentials.
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