Mechanik, Fachgebiet Systemdynamik und Reibungsphysik

Forschung

Adhäsion

Ein Tribologe würde auf Goethes Faust-Frage, „was die Welt im Innersten zusammenhält“ eine ganz einfache Antwort geben – Adhäsion. Der Begriff „Adhäsion“ wird in der Wissenschaft verwendet, um die Kräfte an den Grenzflächen zwischen Körpern zu beschreiben. Bei der Verklebung sind wir auf Adhäsionskräfte angewiesen – sei es eine Schuhsohle, ein Autodach oder eine Kohlefaser-Flugzeugtragfläche, ein Zettel an der Wand oder ein medizinisches Pflaster. Heuschrecken und Geckos verlassen sich auf ihre Füße, um an den verschiedenen Oberflächen zu haften, auf denen sie laufen. Die Adhäsion lebender Zellen verbindet Billionen dieser mikroskopischen Einheiten zu einem lebenden Organismus. Die Stärke der Adhäsion zwischen Zellen bestimmt auch deren Beweglichkeit und Wachstum, eine Störung kann Ursache für die Entstehung von Tumoren sein. Adhäsion ist nicht immer sinnvoll – Ventile mit Gummidichtungen müssen sich jederzeit öffnen können, daher kann eine übermäßige Adhäsion zu Fehlfunktionen führen. Viele mikrotechnische Systeme, wie zum Beispiel die Positionssensoren in Smartphones, neigen allein aufgrund ihrer geringen Größe zu unerwünschten Anhaftungen. Viele Bereiche der Technik und Medizin sind dringend daran interessiert, die Adhäsion zu beeinflussen. Je nach Anwendung oder Bedarf durch Erhöhen oder Verringern der adhäsiven Kräfte.

Einfluss der Kontaktgeometrie auf die Haftfestigkeit

In einer Reihe von numerischen Simulationen und Experimenten wurden an unserem Fachgebiet die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Haftfähigkeit von Klebekontakten erforscht. Die Ergebnisse werden hier veröffentlicht:

Popov, V. L., Pohrt, R., & Li, Q. (2017). Strength of adhesive contacts: Influence of contact geometry and material gradients. Friction, 5(3), 308–325.

link.springer.com/article/10.1007/s40544-017-0177-3

Das Video der Experimente ist hier zu sehen:

© IfM

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Klebrig oder nicht klebrig?

Der adhäsive Kontakt zwischen einem parabolischen Indenter mit überlagerter Rauheit und einem elastischen Halbraum wird im JKR-Grenzwert (unendlich kleiner Wirkungsbereich der Adhäsionskräfte) mit der Randelementmethode mit netzabhängigem Ablösekriterium untersucht (wie 2015 vorgeschlagen wurde). Es werden drei Arten von überlagerten Rauheiten betrachtet: ein- und zweidimensionale Welligkeit und zufällig raue Rauheit. Es wird gezeigt, dass bei regelmäßiger Welligkeit der Haftungscharakter durch den Johnson-Haftungsparameter bestimmt wird. Für unsere zufällig rauen Oberflächen wurde ein neuer Haftparameter numerisch identifiziert, der eindeutig die Haftfestigkeit des Kontakts bestimmt.

Li Q, Pohrt R and Popov VL (2019) Adhesive Strength of Contacts of Rough Spheres. Front. Mech. Eng.5:7. doi: 10.3389/fmech.2019.00007

www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmech.2019.00007/full