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180 6 QuasistatischeebeneStößevonKugeln
resultieren; schließlich wird iterativ der Radius c des Haftgebiets bestimmt, sodass die
gemischtenRandbedingungen imHaft-undGleitgebiet erfüllt sind.
Einfache robusteModelle für den allgemeinen ebenen elasto-plastischenStoßmitRei-
bunggibtes leidernicht.FürsehrflacheStoßwinkel,wennderKontaktwährenddergesam-
tenKollisionvollständiggleitet, kannmanallerdingsdie elementareFull-Slip-Lösungaus
Gl.(6.58)verwenden.
6.6 Zusammenfassung
Wegen des komplexenWechselspiels zwischen derKontaktmechanik und dermakrosko-
pischen Dynamik kann der ebene Stoß von Kugeln mit Reibung im Allgemeinen nicht
geschlossen analytisch behandelt werden. Für den elastischen Fall ohne lokales Gleiten
(alsomit einem theoretisch unendlich großenReibbeiwert) kannman allerdingsmithilfe
HypergeometrischerFunktionen eine analytischeLösungfinden. InAusnahmefällenkann
dieserStoß (elastisch,ohneGleiten) sogarohneEnergie-Dissipationablaufen.
Eineelastische InhomogenitätdesMediumshatnureinengeringenEinflussaufdie tan-
gentialeStoßzahl, solangedasMindlin-Verhältnisaus tangentialerundnormalerSteifigkeit
desFlachstempel-KontakteseineKonstante ist.DasProfilderkollidierendenKörper inder
NähedesKontaktes ist für dasStoßproblembei vielenParameterkombinationen ebenfalls
vonuntergeordneterBedeutung (solangediemakroskopischeBewegungsgleichungunver-
ändertbleibt).
Die elastische (oder viskoelastische)KollisionmitGleitenkannmannumerischbeson-
ders einfach imRahmenderMDRuntersuchen.Die tangentiale Stoßzahl hängt imelasti-
schenFallnurvonzweidimensionsfreienParameternab,vondenendereinediegeometri-
schen und der andere dieReibeigenschaften des Systems charakterisiert. Für ausreichend
flacheStoßwinkelwirdderKontaktwährenddesgesamtenStoßesvollständiggleiten.Die
Lösung desKontakt- (und damit auch des Stoßproblems) ist in diesemFall trivial, da die
Reibkraft durchdasAmontons-Coulomb-Gesetz in seinermakroskopischenFormbekannt
ist. In Konfigurationen mit nur lokalemGleiten ist das Verhalten des Systems dagegen
komplizierter.
BeiDominanzdesHaft-RegimeswirddiemeisteReibungsenergieamRanddesmaxima-
lenKontaktgebietswährendderKollisiondissipiert.Beiausgeprägtem(odervollständigem)
Gleitenwährend des Stoßes ist dagegen dasZentrumdesKontaktgebiets dieHauptquelle
desEnergieverlustes.
Starrkörpermodelleversuchen,dieReibkraftausschließlichdurchmakroskopischeErwä-
gungen zu bestimmen.Da esmakroskopisch aber nur zweiKonfigurationen desKontakt-
punktesgibt(HaftenoderGleiten),betrachtenStarrkörpermodellenurdieFälledesglobalen
GleitensunddesreinenRollens.Diessteht imWiderspruchzurnotwendigenElastizitätdes
Kontaktes und führt abseits desRegimesdesvollständigenGleitens zudeutlichenFehlern
derModellierung.
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