Seite - 36 - in Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin - Grundlagen und Anwendungen

36 3 KontaktmechanischeGrundlagen 3.3.4 EinflussdesReibregimes Ebenso wie im vorherigen Unterkapitel zum Normalkontakt ohne Adhäsion wurden alle obigen Ergebnisse zum Normalkontakt mit Adhäsion unter der Voraussetzung abgelei- tet, dass die Kontaktpartner elastisch ähnlich sind (und entsprechend gar keine relativen radialen Verschiebungen auftreten) oder der Kontakt reibungsfrei ist (und damit eventuell auftretende relative radiale Verschiebungen zu keinen zusätzlichen Spannungen führen). Während die Behandlung des reibungsbehafteten Normalkontaktes elastisch verschiedener KörperohneAdhäsionzumindestphysikalisch-konzeptuellkeinegrößerenSchwierigkeiten bereitet (obwohl die rigorose mathematische Behandlung trotzdem kompliziert ist), ist das WechselspielvonReibungundAdhäsionbereits indenphysikalischenMechanismennoch zu großen Teilen unverstanden und Gegenstand aktueller Forschung. Dies liegt einerseits daran, dass beide Phänomene auf der kleinsten Skala sicher eng miteinander verbunden sind,dieseVerbindungaberandererseitsaufmesoskopischerSkaladurchdieRauigkeit rea- lerOberflächenstarkbeeinflusstwird.ErstdurchdieAtom-Kraft-Mikroskopie (AFM)und Oberflächen-Kraft-Mikroskopie(SFM)sindseitwenigenJahrzehntendieKräfteaufkleins- ter Skala einer ausreichend genauen Messung zugänglich, die eine systematische Untersu- chungdesWechselspielsvon Reibungund Adhäsionermöglicht. Ein Beispiel für die Schwierigkeiten der theoretischen Modellierung von Adhäsion mit Reibung ist die klassische JKR-Theorie selbst: da diese auf dem reibungsfreien Normal- kontakt ohne Adhäsion aufbaut, ist Reibungsfreiheit streng genommen eine ihrer Voraus- setzungen; der JKR-Kontakt beschreibt also zwei Oberflächen, die mit einer unendlich großen adhäsiven Spannung aneinandergedrückt werden und trotzdem reibungsfrei anein- anderabgleitenkönnen.TrotzdiesesoffensichtlichenkonzeptuellenProblems istdie JKR- Theorieaberexperimentellsooftbestätigtworden,dassihrNutzenundihreAnwendbarkeit nicht zur Diskussion stehen können. Dies legt nahe, dass auch für den adhäsiven Normal- kontakt (wie im nicht-adhäsiven Fall) der tatsächliche Einfluss des Reibregimes auf die ZusammenhängezwischendenmakroskopischenKontaktgrößen in derRegelklein ist. AnsätzezurtheoretischenModellierungderWechselwirkungvonReibungundAdhäsion betreffenmeistensdenadhäsivenTangentialkontakt;dieentsprechendenKonzeptesindaber auch teilweiseaufdenadhäsivenNormalkontaktmitReibungübertragbarundsollendaher an dieser Stelle kurz geschildert werden, ohne genauer auf die im folgenden Unterkapitel ausgeführtenEigenschaftendesTangentialkontakteseinzugehen. Die erste Untersuchung zu dem Thema stammt von Savkoor und Briggs [44]. Sie stu- dierten den JKR-adhäsiven Kontakt ohne Gleiten unter einer tangentialen Belastung und stellten durch eine Energie-Bilanz fest, dass die Tangentialbelastung zu einer Reduktion der Adhäsion führt. Diese Reduktion war im Experiment allerdings geringer als durch die Theorievorausgesagt.Dadie tangentialeVerschiebungeineskreisförmigenKontaktgebiets ohneGleitenzudergleichenFormderSpannungskonzentration führtwiedie Indentierung durcheinenflachenzylindrischenStempel(unddamitwieimreibungsfreienJKR-Kontakt), ist dieser Ansatz äquivalent zur Betrachtung der Spannungskonzentration am Rand des