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172 6 QuasistatischeebeneStößevonKugeln
VerteilungderEnergiedissipation imKontaktgebiet
Die Energiedissipation durch Reibung ist in der Regel mit demVerschleiß der beteilig-
tenOberflächenverbunden. ImFall des ebenenStoßesmitGleiten sprichtmandabei von
„Schlagverschleiß“, der imUnterkapitel 8.1 beschrieben ist. Unter Umständen ist dabei
nicht nur die Stoßzahl – und damit die gesamtewährend des Stoßes dissipierte Energie –
vonInteresse,sondernauchdieVerteilungderDissipationimKontaktgebiet.DieserAspekt
wurde inderArbeit [12]untersucht.
ImRahmendesobengeschildertenModellsfürdenebenenelastischenStoßmitReibung
ist klar, dass Energie zu jedem Zeitpunkt nur imGleitgebiet dissipiert wird. Die lokale
ReibleistungproFläche, w˙, beträgtdaher
w˙(r, t)= 2μE˜
πR˜ √
a(t)2−r2 vrel(r, t), c(t)< r≤a(t). (6.59)
Dabei bezeichnetvrel die (lokale) relativeGeschwindigkeit zwischendenkontaktierenden
Oberflächen,dieameinfachstenmithilfeder zuGl.(4.8) analogenAbel-Transformation
vrel(r, t)= 2
π r∫
c(t) v1Drel (x,
t)√
r2−x2 dx (6.60)
ausderRelativgeschwindigkeit imMDR-ModelldesStoßproblemsbestimmbar ist.Beider
numerischenAusführungdieserTransformationisteshilfreich,vonderpartiellenIntegration
vrel(r, t)=v1Drel (r, t)− 2
π r∫
c(t) arcsin (x
r ) d
dx (
v1Drel (x, t) )
dx (6.61)
Gebrauchzumachen,umdieSingularitätdesIntegrandenanderStellex= r zuvermeiden
[13].
Diegesamtelokale,durchReibungwährendderKollisiondissipierteEnergieproFläche,
w, normiert aufdenmittlerenWert
w0 := | Ukin|
πa2max = m˜κ
2πa2max v2x,K,0 (
1− 2x )
, (6.62)
hängt imAllgemeinenvondenbeidenStoßparameternχ undψ ab.Abb.6.9zeigtdieVer-
teilung der Energiedissipation über dasKontaktgebiet während des Stoßes in normierten
Größen fürχ = 1,4undverschiedeneWerte vonψ.Offensichtlich ist dieDissipation für
kleineWertevonψ –alsoDominanzdesHaftregimes–amRanddesKontaktgebietskon-
zentriert,währendbeiDominanzdesGleitensmehrEnergieimZentrumdesKontaktgebiets
verlorengeht.
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