Mechanik, Fachgebiet Systemdynamik und Reibungsphysik

Forschung

Kontaktmechanik

Die Kontaktmechanik ist eine grundlegende Disziplin der Ingenieurwissenschaften. Jedes System – ob technisches Gerät oder Lebewesen – besteht aus miteinander verbundenen Teilen, was die Kontaktmechanik für unzählige physikalische, technische und medizinische Anwendungen relevant macht. Allein im Maschinenbau ist der Anwendungsbereich immens, Beispiele sind Lager, Getriebe, Kupplungen, Räder, Bremsen und vieles mehr. Der Bereich der Kontaktmechanik hat in den letzten Jahren neue Anwendungsfelder erobert, die an der Spitze globaler Entwicklungstrends in Technik und Gesellschaft stehen. Besonders wichtig sind die Bereiche Mikrotechnik, Biologie und Medizin. Weitere Anwendungen sind die Haftfestigkeit von Klebeverbindungen, Turbinenschaufelverbindungen in Strahltriebwerken, Extraktionsverfahren gebrochener Implantate, fortschrittliche Verfahren zur Materialprüfung und die Reibungsdämpfung von Luft- und Raumfahrtstrukturen.

Eine Einführung in das weite Gebiet der Kontaktmechanik findet sich im Buch „Kontaktmechanik und Reibung – Von der Nanotribologie bis zur Erdbebendynamik“. Neben der Kontaktmechanik behandelt das Buch Adhäsion, Kapillarkräfte, Reibung, Schmierung und Verschleiß und vermittelt dem Leser ein tiefes Verständnis der Tribologie.

V.L. Popov, Kontaktmechanik und Reibung:Von der Nanotribologie bis zur Erdbebendynamik, Springer, 2015.

Die Forschungsaktivitäten des Fachgebietes Systemdynamik und Reibungsphysik im Bereich Kontaktmechanik reichen von der rigorosen analytischen Behandlung von Kontakten bis hin zur Entwicklung und Anwendung hochmoderner numerischer Simulationsmethoden.

Eine Sammlung analytischer Lösungen axialsymmetrischer Kontakte findet sich im „Handbuch der Kontaktmechanik“. Das Buch umfasst normale, tangentiale und Torsionskontakte; elastische, viskoelastische und Gradientenmedien; Kontakte mit nicht kompakter Fläche und Klebekontakte.

OPEN ACCESS: V.L. Popov, M. Heß, E. Willert.Handbuch der Kontaktmechanik: Exakte Lösungen axialsymmetrischer Kontaktprobleme, Springer, 2018.

Aus numerischer Sicht liegt ein besonderer Fokus des Fachgebietes auf der FFT-basierten Randelementmethode. Diese einfache und effiziente Methode ist derzeit das schnellste numerische Verfahren zur Simulation von rauen Oberflächen und adhäsiven Kontakten. Nachfolgend finden Sie zwei beispielhafte Arbeiten.

Normal contact stiffness of elastic solids with fractal rough surfaces

R. Pohrt, V. L. Popov

Physical Review Letters, vol. 108, no. 10, pp. 104301, 2012

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

V. L. Popov, R. Pohrt, Q. Li

Friction, vol. 5, no. 3, pp. 308-325, 2017

NEW: Spanish Edition of "Contact Mechanics and Friction"

Popov, Valentin L., Martín-Martínez, José Miguel (ed.), Moreno Flores, Susana (trad.)

Principios y aplicaciones de la mecánica de contacto en tribología, fricción y adherencia.

Publicacions de la Universitat d’Alacant, 2020, 434 p

OPEN ACCESS: http://hdl.handle.net/10045/108392

 

Der Schlüssel zur Bewältigung moderner Herausforderungen in der Kontaktmechanik sind hochentwickelte Berechnungsmethoden. Zukünftige Projekte und Visionen unseres Fachgebietes umfassen die Kopplung von schnellen numerischen Techniken, um noch schnellere Simulationen zu ermöglichen, sowie die Entwicklung völlig neuer Techniken, die die jüngsten Fortschritte im parallelen Rechnen und der Computergrafik nutzen, um noch vielseitigere Simulationstechniken mit einer großen Bandbreite der Anwendung zu ermöglichen.