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TU Berlin

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Weiterentwicklung des Flying V

Lupe


Am 2. Juni 2019 wurde bekannt gegeben, dass das Flugzeugkonzept Flying V des Mitarbeiters unseres Fachgebietes "Systemdynamik und Reibungsphysik" Justus Benad im Rahmen einer Kooperation der TU Delft mit der Fluggesellschaft KLM weiterentwickelt wird. Diese Mitteilung löste international großes Medieninteresse aus. mehr

  

Radiobeitrag im RBB

Prof. Popov und Dr. Pohrt reden im Beitrag des Rundfunk Berlin Brandenburg über Adhäsion allgemein und über die Forschung am Fachgebiet im Speziellen.

Zum Beitrag

 

Goldenes Zeitalter der Tribologie

Zeit für Änderungen im Ingenieurwissenschaftlichen Curriculum

In einem kürzlich erschienenen programmatischen Artikel mit dem Titel „Is Tribology Approaching Its Golden Age? Grand Challenges in Engineering Education and Tribological Research“ stellt der Autor, TU Professor Valentin Popov, eine grundlegende Frage der Ingenieurbildung: Warum sind die Ingenieurcurricula so, wie sie sind und wann ist es an der Zeit, Änderungen vorzunehmen? Professor Popov leitet das Fachgebiet „Systemdynamik und Reibungsphysik“ am Institut für Mechanik und ist Studiengangsverantwortlicher für den Studiengang Physikalische Ingenieurwissenschaft. Es ist daher verständlich, dass seine Aufmerksamkeit vor allem der Ingenieurausbildung im Bereich Mechanik gilt.

Der Autor erlaubt sich einen allgemeinen philosophischen Blick auf die Objekte des Ingenieurstudiums. Das sind technische Systeme im weitesten Sinne sowie zunehmend biologische Systeme und der Mensch. Betrachtet auf einer abstrakten Ebene, besteht jedes System aus Elementen, die miteinander verbunden sind. Insofern sind Elemente und Verbindungen zwei notwendige, wie man sagt, generische Aspekte einer jeden Struktur. Welcher von diesen beiden Aspekten ist wichtiger? Beide sind gleich wichtig! Denn die Eigenschaften einer Struktur werden erst durch das Zusammenspiel von Elementen und ihren Verbindungen bestimmt. Genauso notwendig sind auch die beiden Teilbereiche der Ingenieurwissenschaft, welche sich mit Strukturelementen und ihren Verbindungen beschäftigen: Strukturmechanik und Tribologie. Prof. Popov stellt daher die berechtigte Frage: Warum sind diese zwei Gebiete, Strukturmechanik und Verbindungsmechanik, zwar „gleich wichtig“, aber dennoch völlig verschieden in den Ingenieurcurricula repräsentiert? Es ist ja kein Geheimnis, dass die Grundlagen der Strukturmechanik fest im Studienplan eines jeden Ingenieurstudenten verankert sind, und zwar bereits im ersten Semester. Die Aufmerksamkeit gilt dabei ausschließlich der Mechanik von Elementen, vor allen Dingen dem Balken als wichtigstes Konstruktionselement und Bestandteil von komplizierteren Strukturen. Die Mechanik von Verbindungen fällt fast vollständig aus. Was ist der Grund für diese völlige Vernachlässigung der Verbindungsmechanik in den Studienplänen?

Der Autor stellt die Hypothese auf, dass die Abwesenheit der Verbindungsmechanik in den Curricula – sowie insgesamt die geringe Sichtbarkeit der Tribologie – auf ihre geringe Verfügbarkeit zurückzuführen ist. Mit anderen Worten, gibt es in der Tribologie praktisch keine einfachen Methoden oder Konzepte mit hoher Vorhersagekraft. Der Autor vergleicht die Komplexität der Strukturmechanik und der Kontaktmechanik und stellt fest, dass beide zwar generische Bestandteile eines Systems sind und als solche „gleich wichtig“ sind, die Strukturmechanik jedoch einige Grundlagen hat, die für jeden Studenten leicht zugänglich sind, die Kontaktmechanik dagegen nicht. Damit ein Thema den Weg in die Ingenieurcurricula findet, muss es nicht nur wichtig und lehrreich sein, sondern auch studierbar. Die Balkentheorie ist in der Strukturmechanik eine Basistheorie, die jeder Student in seinem Studium kennenlernt. Warum? Weil sie lehrreich ist und weil sie mit den in den ersten Universitätssemestern verfügbaren mathematischen Mitteln studierbar ist. Es sind im Wesentlichen, die Grundlagen der Analysis einer Variablen, die für die Balkentheorie reichen. Kontaktmechanik dagegen wird in Form von Integralgleichungen formuliert, die daher nur für erfahrene Forscher zugänglich ist. Obwohl sie enorm wichtig für das Verständnis und das Design von technischen Systemen ist, ist sie im Curriculum nicht vorhanden!

Nach Ansicht von Professor Popov hat sich in der letzten Zeit das Blatt gewendet und es gibt nun auch in der Kontaktmechanik ein Konzept, welches eine ähnliche Rolle spielen kann wie die Balkentheorie in der Strukturmechanik. Die Rolle dieses zentralen, bisher gefehlten, didaktischen Elementes kann der von Schubert bereits im Jahre 1942 formulierte Zugang zur Kontaktmechanik übernehmen, welcher damals keine Beachtung fand, in den letzten Jahren jedoch eine rasante Entwicklung erfahren hat. Als Wendepunkt betrachtet Prof. Popov die Verallgemeinerung der Theorie von Schubert auf eine Vielzahl verwandter Probleme, darunter Tangentialkontakte, adhäsive Kontakte, Kontakte mit viskoelastischen Körpern und Kontakte mit funktionalen Gradienenmaterialien. Für die verallgemeinerte Theorie wurde nach und nach eine universelle und didaktisch einfach zugängliche Form entwickelt, die inzwischen als Methode der Dimensionsreduktion (MDR) bekannt ist. Der Autor schlussfolgert, dass es jetzt an der Zeit ist, die "Mechanik der Verbindungen" in die Curricula der ingenieurwissenschaftlichen Studiengänge zu integrieren. Die MDR macht es möglich, denn sie „trivialisiert“ kontaktmechanische Aufgaben und macht sie zugänglich für jeden Ingenieur-Studierenden des ersten Semesters, der über elementare mathematische und physikalische Kenntnisse verfügt.

Weitere Information: Popov VL (2018), Is Tribology Approaching Its Golden Age? Grand Challenges in Engineering Education and Tribological Research. Front. Mech. Eng. 4:16. https://doi.org/10.3389/fmech.2018.00016

 

 

 

Best paper Award

Lupe

Strength of adhesive contacts: Influence of contact geometry and material gradients

V.L. Popov, R. Pohrt, Q. Li
Friction, v. 5, Issue 3, pp. 308-325, https://doi.org/10.1007/s40544-017-0177-3

Das o.g. Paper wurde von der Springer-Zeitschrift "Friction" als "Best Research Paper 2017" ausgezeichnet.

2018 wurde Dr. Roman Pohrt für dieses Paper auch mit einem Preis der FEICA (Association of the European Adhesive and Sealant Industry) ausgezeichnet.

Über das Paper hat bereits früher Focus online berichtet: https://www.focus.de/wissen/experten/wunden-versorgen-klebt-und-tut-nicht-weh-so-sieht-das-perfekte-pflaster-aus_id_8737014.html

Auch das "Tribonet" widmete dem Paper einen Beitrag:  http://www.tribonet.org/knowing-the-strenght-of-adhesion/

 

  • Das von Roman Pohrt und Juliane Wallendorf erstellte 8-minutige Video illustriert die wichtigsten Ideen des Papers

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