Mechanik, Fachgebiet Systemdynamik und Reibungsphysik

Forschung

Kontaktmechanik der geschichteter und funktional gradierten Materialien

Die Änderung des Elastizitätsmoduls des Materials oder – allgemeiner – die Erzeugung von Materialgradienten, kann ein wirksames Mittel zur Veränderung des tribologischen Verhaltens sein. Sogenannte funktional gradierte Materialien (FGM) sind in vielen biologischen und natürlichen Strukturen zu finden. Sie werden seit den 1950er Jahren, zunächst im Rahmen der Geomechanik und später mit Hinblick auf verschiedene technische Anwendungen, untersucht. Es hat sich gezeigt, dass FGM bessere mechanische Eigenschaften, einschließlich Verschleiß- und Schadensresistenz, aufweisen als homogene Materialien. Das Interesse an FGM ist durch die Einführung neuer Fertigungstechniken (3D-Druck) gestiegen, da diese die Herstellung von Materialien mit einer im Grunde beliebigen räumlichen Verteilung der mechanischen Eigenschaften ermöglichen.

Fretting bei funktional gradierten Materialien (FGM)

Anwendungen mit Reibungskontakten unter Einfluss von Schwingungen sollten einen optimalen Weg zwischen Skylla des Fretting-Verschleißes und Charybdis der Fretting-Ermüdung finden. Die Untersuchung der Reibung von FGM zeigt, dass, grob gesagt, die Fretting-Schäden reduziert werden, wenn das Material an der Oberfläche weicher ist als im Inneren. Besonders interessant ist der Fall des Gibson-Mediums, welcher dazu beitragen kann, sowohl Fretting-Verschleiß als auch Fretting-Ermüdung zu vermeiden. In diesem Fall tritt kein Fretting auf und auch die Spannungskonzentration am Rande des Kontakts ist nicht vorhanden.

Emanuel Willert, Andrey I. Dmitriev, Sergey G. Psakhie & Valentin L. Popov , Effect of elastic grading on fretting wear, Scientific Reports 9, Article number: 7791 (2019): https://www.nature.com/articles/s41598-019-44269-1

Markus Hess,  A study on gross slip and fretting wear of contacts involving a power-law graded elastic half-space, Facta Universitatis, series: Mech. Eng., 17(No1), pp. 47-64 (2019): http://casopisi.junis.ni.ac.rs/index.php/FUMechEng/article/view/4923