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128 5 QuasistatischerNormalstoßaxialsymmetrischerKörper
Während der Kompressionsphase ist die Lösung des Kontaktproblems, wegen der
Gl.(3.202) und (3.203) sowie der Materialfunktion (3.186) des Kelvin-Voigt-Mediums,
durch
Fz(t)=−16G
3 a3(t)
R˜ −16ηa 2(t)
R˜ a˙, (5.64)
R˜d(t)=a2(t) (5.65)
gegeben.Damit erhältmandieBewegungsgleichung
m˜d¨+8η √
R˜dd˙+ 16G
3 √
R˜d3=0. (5.66)
WährendderRestitutionsphasebehältGl.(5.64)zwar ihreGültigkeit, dochGl.(5.65)muss
manwegenGl.(3.206)durch
R˜d(t)=a2(t)−τ t∫
tm [
1−exp ( t′− t
τ )] d2
dt′2 a2(t′)dt′, (5.67)
mitder charakteristischenKriechzeitτ :=η/G, ersetzen.
Kuwabara undKono [18] schlugen einModell für den Stoß vor, das später von einer
Gruppe umBrilliantov und Pöschel in einer Serie von Publikationen [19–22] analysiert
wurde,undbeidemdieeinfacheFormderBewegungsgleichunginderKompressionsphase
auchfürdieRestitutionsphaseverwendetwird.DiesistauskontaktmechanischerSichtleicht
fehlerhaft8 –dieNormalkraft inderRestitutionsphaseunddamitdieStoßzahlwerdensys-
tematischunterschätzt–hatdafüraberdenVorteil, dassdieBewegungsgleichungwährend
desgesamtenStoßes in expliziterFormbekanntunddasentstehendeModell dahermathe-
matischsehr leicht lösbar ist.Es lässt sichdeswegeneinfachz.B. inmolekulardynamische
SimulationengranularerMedien integrieren.
DurcheinedimensionsfreieFormulierungdesBewegungsgleichungssystemskannman
leicht zeigen,dassdieStoßzahl ausschließlichvondemParameter
δ :=η (
R˜v0
m˜2G3 )1/5
(5.68)
abhängt.Diesergibt,bisaufeinenkonstantenFaktorderGrößenordnungEins,dasVerhält-
nis zwischendenbeiden inhärentenZeitskalen desProblemswieder, derKriechzeit τ des
Kelvin-Voigt-MediumsundderelastischenStoßdauernachGl.(5.12).
8EinenähnlichenFehlerbeiderBehandlungdesviskoelastischenProblems–dieVernachlässigung
derTatsache,dassdieKompressions-undRestitutionsphasegetrenntvoneinanderbetrachtetwerden
müssen–begeht in seinerArbeit auchPao [23].
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