Mechanik, Fachgebiet Systemdynamik und Reibungsphysik

Forschung

Stoß-Kontakt-Probleme

Stoßprobleme haben unzählige Anwendungen in Physik, Technik- und Biowissenschaften, die von der Dynamik von Partikelsystemen, wie Getreide oder planetare Ringen, über Sport bis hin zur Schädigung oder Testung von technologischen oder biologischen Materialien reichen.

Die Geschichte rigoros gelöster Stoß-Kontakt-Probleme begann zusammen mit der Geschichte der Kontaktmechanik in derselben klassischen Publikation von Heinrich Hertz. Rückblickend ist das nicht allzu überraschend, denn die wichtigste „Zutat“ der Stoßlösung ist die korrekte Beschreibung der kontaktmechanischen Wechselwirkung zwischen den kollidierenden Körpern, einschließlich Phänomenen wie Reibung, Adhäsion, Erwärmung, Viskoelastizität, Plastizität, Verschleiß und Rissbildung. Dabei ist die Lösung eines dynamischen Kontaktproblems im Rahmen der Stoßanalyse immer noch eine mathematisch schwierige Aufgabe.

Aufgrund der Vielfalt der Anwendungen und der Komplexität der Kontaktinteraktion werden Kollisionsprobleme von Spezialisten anderer Disziplinen, die mit den möglichen Feinheiten der Stoßmechanik nicht vertraut sind, teilweise mit unzureichender Sorgfalt behandelt. Diese Feinheiten werden durch die Methode der Dimensionsreduktion (MDR), einem an unserem Fachgebiet entwickelten leistungsfähigen Werkzeug zur schnellen Simulation dynamischer Reibkontakte, effektiv abgedeckt. Basierend auf der MDR konnten wir unter verschiedenen Umständen auftretende Kollisionsprobleme umfassend untersuchen. Darüber hinaus ermöglicht unser Ansatz zur Untersuchung von Stoß-Kontakt-Problemen prinzipiell die Entwicklung entsprechender effektiver Echtzeit-Diagnose- und Kontrollsysteme.

Das unter einer Open-Access-Lizenz erschienene Buch „Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin – Grundlagen und Anwendungen“ will durch die einheitliche Darstellung der Schritte von der Kontaktmechanik bis zum eigentlichen Stoßproblem eine Brücke zwischen tribologischer Theorie und Anwendern von Stoßproblemen in anderen Disziplinen schlagen.

Willert, E.: Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin - Grundlagen und Anwendungen. Springer Verlag, Berlin; in press, expected date of publication: January 2020

https://www.springer.com/de/book/9783662602959

Lyashenko, I.A., Popov, V.L.: Impact of an elastic sphere with an elastic half space revisited: Numerical analysis based on the method of dimensionality reduction, Scientific Reports 5, 8479 (2015)

https://www.nature.com/articles/srep08479

Willert, E.; Popov, V.L.: The oblique impact of a rigid sphere on a power-law graded elastic half-space. Mechanics of Materials, 109, 82–87 (2017)

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167663616305713?via%3Dihub

Willert, E.; Kusche, S.; Popov, V.L.: The influence if viscoelasticity on velocity-dependent restitutions in the oblique impact of spheres. Facta Universitatis, Series: Mechanical Engineering, 15(2), 269–284 (2017)

http://casopisi.junis.ni.ac.rs/index.php/FUMechEng/article/view/2797